فناوری سیستم در بسته (SIP) از اوایل دهه 1990 تا به امروز پیشنهاد شده است. پس از بیش از ده سال توسعه، به طور گسترده توسط دانشگاه و صنعت پذیرفته شده است، و به یکی از نقاط داغ جدید در تحقیقات فناوری الکترونیک و یکی از جهت گیری های اصلی کاربردهای فنی تبدیل شده است. او همچنین معتقد است که نشان دهنده مسیر توسعه آینده فناوری الکترونیک است. به عنوان بخش مهمی از فناوری بسته‌بندی SIP، فناوری بسته‌بندی SIP در طول سال‌ها پیشرفت زیادی در نوآوری مستمر داشته است و به تدریج سیستم فنی خود را تشکیل می‌دهد که شایسته حضور در صنایع مرتبط با فناوری است. تکنسین ها و دانش پژوهان تحقیق و مطالعه می کنند. از منظر فناوری بسته بندی، این مقاله به طور مفصل به معرفی بسته بندی SIP می پردازد و همچنین نکات کلیدی فرآیند آن را به تفصیل مورد بحث قرار می دهد.

طبق تعریف سازمان بین‌المللی مسیر نیمه‌رسانا (ITRS): SiP یک دستگاه واحد است که ترجیحاً چندین قطعه الکترونیکی فعال با عملکردهای مختلف و دستگاه‌های غیرفعال اختیاری و همچنین سایر دستگاه‌ها مانند MEMS یا دستگاه‌های نوری را برای دستیابی به یک معین مونتاژ می‌کند. تابع. بسته های استاندارد که یک سیستم یا زیرسیستم را تشکیل می دهند.

از نظر معماری، SiP انواع تراشه های کاربردی، از جمله پردازنده، حافظه و سایر تراشه های کاربردی را در یک بسته ادغام می کند تا به یک عملکرد اساساً کامل دست یابد. مربوط به SOC (سیستم روی تراشه). تفاوت این است که System-in-Package یک روش بسته بندی است که در آن از تراشه های مختلف در کنار هم یا روی هم استفاده می شود، در حالی که SOC یک محصول تراشه بسیار یکپارچه است.

1.1. بیشتر مور در مقابل مور بیشتر از مور——مقایسه SoC و SiP

SiP یک مسیر تحقق مهم فراتر از قانون مور است. قانون معروف مور تا مرحله کنونی توسعه یافته است، به کجا می رود؟ دو مسیر در صنعت وجود دارد: یکی ادامه توسعه مطابق با قانون مور. محصولاتی که این مسیر را دنبال می کنند شامل CPU، حافظه، دستگاه های منطقی و ... هستند که این محصولات 50 درصد از کل بازار را به خود اختصاص داده اند. دیگری مسیر بیش از مور است که از قانون مور پیشی می گیرد. توسعه تراشه ها از پیگیری کورکورانه کاهش مصرف برق و بهبود عملکرد به رویکرد عملگرایانه تر برای برآوردن نیازهای بازار تغییر کرده است. محصولات این حوزه شامل دستگاه‌های آنالوگ/RF، دستگاه‌های غیرفعال، دستگاه‌های مدیریت توان و غیره است که حدود 50 درصد باقی‌مانده بازار را به خود اختصاص می‌دهند.

برای این دو مسیر، دو محصول متولد شدند: SoC و SiP. SoC محصول قانون مور است که همچنان رو به پایین است و SiP مسیر مهمی برای دستیابی به فراتر از قانون مور است. هر دو محصولی هستند که کوچک سازی و کوچک سازی سیستم ها را در سطح تراشه امکان پذیر می کنند.

SoC و SIP بسیار شبیه به هم هستند زیرا هر دو سیستمی را که شامل اجزای منطقی، اجزای حافظه و حتی اجزای غیرفعال است در یک واحد ادغام می کنند. SoC از نقطه نظر طراحی است، یعنی ادغام اجزای مورد نیاز سیستم در یک تراشه. SiP یک روش بسته‌بندی است که در آن تراشه‌های مختلف در کنار هم قرار می‌گیرند یا از نقطه نظر بسته‌بندی روی هم قرار می‌گیرند و چندین قطعه الکترونیکی فعال با عملکردهای مختلف و دستگاه‌های غیرفعال اختیاری، و همچنین دستگاه‌های دیگر مانند MEMS یا دستگاه‌های نوری ترجیحاً با هم مونتاژ می‌شوند. . ، یک بسته استاندارد واحد که عملکرد خاصی را پیاده سازی می کند.

از نظر یکپارچه سازی، به طور کلی، SoC فقط سیستم های منطقی مانند AP را ادغام می کند، در حالی که SiP AP + DDR موبایل را ادغام می کند. تا حدودی SIP=SoC+DDR. همانطور که ادغام در آینده بیشتر و بالاتر می شود، emmc نیز احتمالاً در SiP ادغام می شود.

از منظر توسعه بسته بندی، SoC به دلیل نیازهای محصولات الکترونیکی از نظر حجم، سرعت پردازش یا ویژگی های الکتریکی، به عنوان مسیر کلیدی و توسعه طراحی محصولات الکترونیکی آینده شناخته شده است. با این حال، با افزایش هزینه های تولید SoC در سال های اخیر و موانع فنی مکرر، توسعه SoC با تنگنا مواجه شده است و توسعه SiP بیش از پیش مورد توجه صنعت قرار گرفته است.

1.2. SiP - مسیر انتخاب اجتناب ناپذیر فراتر از قانون مور

قانون مور بهبود مستمر در عملکرد تراشه را تضمین می کند. همانطور که همه ما می دانیم، قانون مور "انجیل" برای توسعه صنعت نیمه هادی است. در نیمه هادی های مبتنی بر سیلیکون، اندازه ویژگی ترانزیستورها به نصف کاهش می یابد و عملکرد هر 18 ماه دو برابر می شود. همزمان با بهبود عملکرد، کاهش هزینه را به همراه دارد که باعث می شود تولیدکنندگان نیمه هادی انگیزه کافی برای درک کاهش اندازه ویژگی های نیمه هادی داشته باشند. در میان آنها، تراشه های پردازنده و تراشه های حافظه دو نوع تراشه هستند که بیشتر از قانون مور پیروی می کنند. با در نظر گرفتن اینتل به عنوان مثال، هر نسل از محصولات کاملاً از قانون مور پیروی می کنند. در سطح تراشه، قانون مور پیشرفت مداوم عملکرد را ترویج می کند.

برد PCB از قانون مور پیروی نمی کند و گلوگاهی برای بهبود عملکرد کل سیستم است. مطابق با کوچک شدن مداوم اندازه تراشه، برد PCB در طول سال ها تغییر زیادی نکرده است. به عنوان مثال، حداقل عرض خط استاندارد مادربردهای PCB ده سال پیش 3 میل (حدود 75 میکرومتر) است و امروزه با اندکی بهبود هنوز 3 میل است. پس از همه، PCB ها از قانون مور پیروی نمی کنند. با توجه به محدودیت PCB، بهبود عملکرد کل سیستم با تنگنا مواجه شده است. به عنوان مثال، از آنجایی که عرض ردیابی PCB تغییر نکرده است، تراکم سیم‌کشی بین پردازنده و حافظه نیز ثابت می‌ماند. به عبارت دیگر تعداد سیم های بین پردازنده و حافظه بدون تغییر اندازه پردازنده و بسته حافظه تغییر قابل توجهی نخواهد داشت. پهنای باند حافظه برابر است با عرض بیت رابط حافظه ضربدر فرکانس کاری رابط حافظه. عرض بیت خروجی حافظه برابر با تعداد اتصالات بین پردازنده و حافظه است. در ده سال گذشته، 64 بیت به دلیل محدودیت فناوری برد PCB تغییر نکرده است. بنابراین، اگر می خواهید پهنای باند حافظه را افزایش دهید، تنها می توانید فرکانس کاری رابط حافظه را افزایش دهید. این بهبود عملکرد کل سیستم را محدود می کند.

SIP در حل قید و بندهای سیستم برنده و بازنده است. به جای استفاده از برد PCB به عنوان حامل بین اتصال بین تراشه های حامل، که می تواند عملکرد سیستم ناشی از کمبودهای ذاتی PCB را حل کند، چندین تراشه نیمه هادی و دستگاه های غیرفعال را در یک تراشه محصور کنید تا یک تراشه در سطح سیستم تشکیل شود. خود با تنگناها مواجه می شوند پردازنده ها و تراشه های حافظه را به عنوان مثال در نظر بگیرید، زیرا چگالی سیم کشی داخلی در بسته بندی سیستم می تواند بسیار بیشتر از سیم کشی PCB باشد، به طوری که گلوگاه سیستم ناشی از پهنای باند خطوط PCB را حل کند. به عنوان مثال، از آنجایی که تراشه حافظه و تراشه پردازنده را می توان از طریق سوراخ هایی به یکدیگر متصل کرد، دیگر با عرض خط PCB محدود نمی شوند، بنابراین می توان پهنای باند داده را در پهنای باند رابط بهبود بخشید.

ما معتقدیم که SiP چیزی فراتر از یکپارچه سازی تراشه ها با یکدیگر است. SiP همچنین دارای مزایای چرخه توسعه کوتاه است. توابع بیشتر؛ مصرف برق کمتر، عملکرد بهتر، قیمت تمام شده کمتر، اندازه کوچکتر و وزن سبک تر. خلاصه به شرح زیر است:

تجزیه و تحلیل فرآیند SiP

فرآیند بسته بندی SIP را می توان با توجه به روش اتصال بین تراشه و زیرلایه به بسته بندی باندینگ سیمی و باندینگ فلیپ چیپ تقسیم کرد.

2.1. فرآیند بسته بندی سیم باندینگ

فرآیند اصلی بسته بندی سیم باندینگ به شرح زیر است:

ویفر → نازک شدن ویفر → برش ویفر → پیوند قالب → اتصال سیم → تمیز کردن پلاسما → گلدان محصور کننده مایع → مجموعه توپ لحیم کاری → لحیم کاری مجدد → علامت گذاری سطح → جداسازی → بازرسی نهایی → آزمایش → بسته بندی.

• نازک شدن ویفر

نازک شدن ویفر به آسیاب مکانیکی یا شیمیایی (CMP) از پشت ویفر برای نازک کردن ویفر تا سطح مناسب برای بسته بندی اشاره دارد. با بزرگتر و بزرگتر شدن اندازه ویفر، به منظور افزایش استحکام مکانیکی ویفر و جلوگیری از تغییر شکل و ترک خوردن در حین فرآوری، ضخامت آن افزایش یافته است. با این حال، با توسعه سیستم در جهت سبک، نازک و کوتاه، ضخامت ماژول پس از بسته بندی تراشه نازک و نازک تر می شود. بنابراین، ضخامت ویفر باید قبل از بسته بندی تا حد قابل قبولی کاهش یابد تا الزامات مونتاژ تراشه برآورده شود.

• برش ویفر

بعد از اینکه ویفر نازک شد، می توان آن را به صورت مکعبی خرد کرد. ماشین‌های تاس‌کن قدیمی‌تر به‌صورت دستی کار می‌کردند، و اکنون ماشین‌های تاس‌کن عمومی کاملاً خودکار هستند. تیغه اره چه در حال خط زدن جزئی و چه به طور کامل ویفر باشد، در حال حاضر از تیغه اره استفاده می شود زیرا لبه های منظمی را با تراشه ها و ترک های کمی می کشد.

• بمیر ضمیمه

تراشه های برش خورده روی لنت های میانی قاب نصب می شوند. اندازه پد باید با اندازه تراشه مطابقت داشته باشد. اگر اندازه لنت خیلی بزرگ باشد، دهانه سرب خیلی بزرگ خواهد بود و به دلیل تنش ایجاد شده توسط جریان در طی فرآیند قالب گیری انتقال، سرب خم شده و تراشه جابجا می شود. روش نصب را می توان با لحیم کاری نرم (اشاره به آلیاژ Pb-Sn به ویژه آلیاژ حاوی Sn)، آلیاژ یوتکتیک Au-Si و غیره به زیرلایه لحیم کرد. متداول ترین روش مورد استفاده در بسته بندی پلاستیکی استفاده از چسب پلیمری است. چسب به قاب فلزی چسبانده شده است.

• اتصال سیم

سرب مورد استفاده در بسته بندی پلاستیکی عمدتاً سیم طلایی است و قطر آن به طور کلی 0.025mm~0.032mm است. طول لید معمولاً بین 1.5 میلی متر تا 3 میلی متر است و ارتفاع قوس می تواند 0.75 میلی متر بالاتر از صفحه ای باشد که تراشه در آن قرار دارد.

تکنیک های باندینگ شامل جوشکاری ترمو فشرده، جوش حرارتی و غیره است. از مزایای این تکنیک ها می توان به سهولت شکل گیری کروی (یعنی فناوری توپ لحیم کاری) و جلوگیری از اکسید شدن سیم طلا اشاره کرد. به منظور کاهش هزینه ها، مفتول های فلزی دیگر مانند آلومینیوم، مس، نقره، پالادیوم و ... نیز برای جایگزینی اتصال سیم های طلایی در حال بررسی هستند. شرایط جوشکاری فشار گرم این است که دو سطح فلزی در تماس نزدیک باشند و زمان، دما و فشار برای اتصال دو فلز کنترل شود. سطح ناهموار (ناهموار)، تشکیل لایه اکسید یا آلودگی شیمیایی، جذب رطوبت و غیره بر اثر پیوند تأثیر می گذارد و استحکام پیوند را کاهش می دهد. دمای جوشکاری ترمو فشرده 300 ℃ ~ 400 ℃ است و زمان به طور کلی 40 میلی ثانیه است (معمولاً، به علاوه روش هایی مانند یافتن موقعیت اتصال، سرعت اتصال دو سیم در ثانیه است). مزیت جوشکاری اولتراسونیک این است که می تواند از دمای بالا جلوگیری کند، زیرا از ارتعاش اولتراسونیک 20 کیلوهرتز تا 60 کیلوهرتز برای تامین انرژی مورد نیاز برای جوشکاری استفاده می کند، بنابراین می توان دمای جوش را کاهش داد. استفاده همزمان از گرما و انرژی مافوق صوت برای اتصال به عنوان جوش حرارتی شناخته می شود. در مقایسه با جوشکاری حرارتی، بزرگترین مزیت جوشکاری حرارتی کاهش دمای اتصال از 350 درجه سانتیگراد به حدود 250 درجه سانتیگراد است (بعضی از افراد فکر می کنند می توان از شرایط 100 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد استفاده کرد) که می تواند تا حد زیادی کاهش دهد. دمای اتصال روی پد آلومینیومی امکان تشکیل ترکیبات بین فلزی Au-Al، افزایش طول عمر دستگاه و در عین حال کاهش رانش پارامتر مدار. بهبود در اتصال سیم عمدتاً به دلیل نیاز به بسته‌های نازک‌تر و نازک‌تر است، برخی از بسته‌های بسیار نازک فقط حدود 0.4 میلی‌متر هستند. بنابراین، حلقه سرب (حلقه) از 200 میکرومتر ~ 300 میکرومتر به 100 میکرومتر ~ 125 میکرومتر کاهش می یابد، به طوری که کشش سرب بسیار بزرگ و بسیار محکم است. علاوه بر این، معمولاً دو سیم حلقوی برق/زمین در حاشیه پدهای سیم روی بستر وجود دارد. برای جلوگیری از اتصال کوتاه سیم طلا با آن در هنگام اتصال، حداقل شکاف باید > 625 میکرومتر باشد و سیم اتصال باید خطی بالایی داشته باشد. درجه و قوس خوب

• تمیز کردن پلاسما

یکی از عملکردهای مهم تمیز کردن، بهبود چسبندگی فیلم است، مانند رسوب یک فیلم طلا بر روی یک بستر Si، و تصفیه سطح هیدروکربن ها و سایر آلاینده ها توسط پلاسمای Ar، که به طور قابل توجهی چسبندگی طلا را بهبود می بخشد. سطح زیرلایه پس از عملیات پلاسما لایه ای از ماده خاکستری حاوی فلوراید باقی می ماند که می توان آن را با محلول حذف کرد. تمیز کردن همزمان به بهبود چسبندگی و مرطوب شدن سطح نیز کمک می کند.

• گلدان درزگیر مایع

نوار قاب متصل به تراشه و سیم را در قالب قرار دهید، بلوک از پیش ساخته شده ترکیب قالب‌گیری را در یک کوره پیش‌گرم حرارت دهید (دمای پیش‌گرم بین 90 تا 95 درجه سانتی‌گراد است)، و سپس آن را در انتقال قرار دهید. در مخزن انتقال دستگاه قالب گیری. تحت فشار پیستون قالب‌گیری انتقال، ترکیب قالب‌گیری به داخل رانر اکسترود شده و از طریق دروازه به داخل حفره قالب تزریق می‌شود (دمای قالب در طول فرآیند در حدود 170 تا 175 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌شود). ترکیب قالب‌گیری به سرعت در قالب جامد می‌شود و پس از مدتی نگه‌داشتن فشار، ماژول به سختی خاصی می‌رسد و سپس ماژول با پین اجکتور خارج می‌شود و فرآیند قالب‌گیری به پایان می‌رسد. برای اکثر ترکیبات قالب‌گیری، پس از چند دقیقه نگه‌داشتن فشار در قالب، ماژول به اندازه‌ای سفت است که اجازه خروج را بدهد، اما پخت (پلیمریزاسیون) پلیمر به طور کامل کامل نشده است. از آنجایی که درجه پلیمریزاسیون (درجه پخت) مواد به شدت بر دمای انتقال شیشه و تنش حرارتی مواد تأثیر می گذارد، بسیار مهم است که مواد را به طور کامل پخت کنیم تا به یک حالت پایدار دست یابیم، که برای بهبود بسیار مهم است. قابلیت اطمینان دستگاه، و پس از پخت برای بهبود ترکیب قالب گیری مراحل فرآیند لازم برای درجه پلیمریزاسیون، شرایط عمومی پس از پخت 170 ℃ ~ 175 ℃، 2 ساعت ~ 4 ساعت است.

• گلدان درزگیر مایع

در حال حاضر دو روش توپی نصب در صنعت استفاده می شود: خمیر لحیم کاری + توپ لحیم کاری و خمیر فلاکس + توپ لحیم کاری. روش نصب "خمیر لحیم کاری" + "گلوله قلع" به عنوان بهترین روش استاندارد نصب توپ در صنعت شناخته می شود. گلوله های کاشته شده با این روش قابلیت جوش و براقیت خوبی دارند و پدیده آفست گوی لحیم کاری در فرآیند ذوب قلع رخ نخواهد داد. کنترل آن راحت تر است. روش خاص این است که ابتدا خمیر لحیم کاری را روی پد BGA چاپ کنید و سپس از دستگاه نصب توپ یا چاپ روی صفحه برای اضافه کردن اندازه معینی از توپ های لحیم استفاده کنید. در این زمان نقش خمیر لحیم چسبیدن به قلع است. هنگام گرم شدن، سطح تماس گلوله های لحیم کاری بزرگتر است، به طوری که گلوله های لحیم کاری سریعتر و جامع تر گرم می شوند تا گلوله های لحیم کاری پس از ذوب شدن، لحیم کاری بهتری با لنت ها داشته باشند و امکان لحیم کاری مجازی را کاهش دهند.

• علامت گذاری سطح

علامت گذاری عبارت است از حروف و آرم های پاک نشدنی و واضح چاپ شده بر روی سطح بالای ماژول بسته بندی شده، شامل اطلاعات سازنده، کشور، کد دستگاه و غیره، عمدتاً برای شناسایی و ردیابی. روش های زیادی برای کدنویسی وجود دارد که در میان آنها پرکاربردترین روش کدگذاری است که شامل چاپ جوهر و چاپ لیزری می باشد.

• جداگانه

به منظور بهبود راندمان تولید و صرفه جویی در مواد، اکثر کارهای مونتاژ SIP به صورت ترکیب آرایه انجام می شود که پس از تکمیل فرآیند قالب گیری و آزمایش به دستگاه های جداگانه تقسیم می شود. تقسیم را می توان با اره کردن یا مهر زنی انجام داد. فرآیند اره کردن انعطاف پذیرتر است و به ابزار خاصی نیاز ندارد. فرآیند مهر زنی راندمان تولید بالاتر و هزینه کمتری دارد، اما نیاز به استفاده از ابزار ویژه دارد.

2.2. فرآیند جوشکاری با تراشه برگردان

در مقایسه با فرآیند اتصال سیم، فرآیند فلیپ چیپ دارای مزایای زیر است:

(1) فناوری جوشکاری با تراشه فلیپ بر مشکل محدودیت فاصله مرکزی پدهای اتصال سیم غلبه می کند.

(2) راحتی بیشتری را برای طراحان الکترونیکی در طراحی توزیع برق/زمین تراشه فراهم می کند.

(3) با کوتاه کردن طول اتصال و کاهش تاخیر RC، سیگنال کامل تری را برای دستگاه های با فرکانس بالا و توان بالا ارائه می دهد.

(4) عملکرد حرارتی عالی، رادیاتور را می توان در پشت تراشه نصب کرد.

(5) قابلیت اطمینان بالا، به دلیل عملکرد پرکننده زیر تراشه، عمر خستگی بسته افزایش می یابد.

(6) تعمیر آسان.

در زیر جریان فرآیند اتصال فلیپ چیپ است (همان فرآیند اتصال سیم به طور جداگانه توضیح داده نخواهد شد): ویفر → توزیع مجدد پد → نازک شدن ویفر، ایجاد برآمدگی → برش ویفر → اتصال تراشه فلیپ، Underfill → محفظه → توپ های لحیم کاری مونتاژ → لحیم کاری مجدد → علامت گذاری سطح → جداسازی → بازرسی نهایی → آزمایش → بسته بندی.

• توزیع مجدد پد

به منظور افزایش گام سرب و برآورده شدن الزامات فرآیند اتصال فلیپ چیپ، لازم است که سرنخ های تراشه مجدداً توزیع شوند.

• برجستگی ایجاد کنید

پس از تکمیل توزیع مجدد پد، باید برجستگی هایی به پدهای روی تراشه اضافه شود. تکنیک های ساخت برآمدگی لحیم کاری می تواند آبکاری، آبکاری الکترولس، تبخیر، قرار دادن توپ و چاپ خمیر لحیم کاری باشد. در حال حاضر روش آبکاری الکتریکی همچنان بیشترین استفاده را دارد و پس از آن روش چاپ خمیر لحیم کاری قرار دارد.

• اتصال فلیپ تراشه، کم پر شدن

پس از اینکه برجستگی های لحیم کاری به شکل آرایه شبکه ای بر روی کل سطح اتصال تراشه چیده شدند، تراشه به صورت معکوس بر روی بستر بسته بندی نصب می شود و اتصال الکتریکی از طریق برجستگی ها و لنت های روی بستر ایجاد می شود و جایگزین می شود. WB و TAB. روش اتصال پس از اتصال به تراشه، پر کردن با رزین اپوکسی بین تراشه و زیرلایه می‌تواند تنش حرارتی و تنش مکانیکی اعمال شده به برجستگی‌ها را کاهش دهد و قابلیت اطمینان را در مقایسه با عدم پر کردن 1 تا 2 مرتبه افزایش دهد.

SiP - برای برنامه های کاربردی

3.1. زمینه های کاربردی اصلی

کاربرد SiP بسیار گسترده است، به طور عمده شامل: ارتباطات بی سیم، الکترونیک خودرو، الکترونیک پزشکی، کامپیوتر و غیره.

پرکاربردترین زمینه ارتباط بی سیم. کاربرد SiP در زمینه ارتباطات بی سیم اولین و همچنین پرکاربردترین زمینه است. در زمینه ارتباطات بی سیم، الزامات مربوط به راندمان انتقال عملکردی، نویز، حجم، وزن و هزینه بیشتر و بیشتر می شود و ارتباطات بی سیم را مجبور می کند در جهت کم هزینه، قابل حمل، چند منظوره و کارایی بالا توسعه یابد. SiP یک راه حل ایده آل است که مزایای منابع اصلی موجود و فرآیندهای تولید نیمه هادی را ترکیب می کند، هزینه ها را کاهش می دهد و زمان عرضه به بازار را کوتاه می کند، در حالی که بر مشکلات در SOC مانند سازگاری فرآیند، اختلاط سیگنال، تداخل نویز و تداخل الکترومغناطیسی غلبه می کند. تقویت کننده توان فرکانس رادیویی در تلفن همراه عملکردهای تقویت کننده توان فرکانس رادیویی، کنترل برق و سوئیچ گیرنده را که به طور کامل در SiP حل شده است، یکپارچه می کند.

الکترونیک خودرو یک سناریوی کاربردی مهم برای SiP است. کاربردهای SiP در الکترونیک خودرو به تدریج در حال افزایش است. با در نظر گرفتن واحد کنترل موتور (ECU) به عنوان مثال، ECU از یک ریزپردازنده (CPU)، حافظه (ROM، RAM)، رابط ورودی/خروجی (I/O)، مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) تشکیل شده است. و همچنین ترکیب مدار مجتمع در مقیاس بزرگ. انواع مختلف تراشه ها فرآیندهای متفاوتی دارند. در حال حاضر، SiP اغلب برای ادغام تراشه ها در یک سیستم کنترل کامل استفاده می شود. علاوه بر این، سیستم ترمز ضد قفل خودرو (ABS)، سیستم کنترل تزریق سوخت، سیستم الکترونیکی کیسه هوا، سیستم کنترل فرمان، سیستم هشدار فشار پایین تایر و سایر واحدها، استفاده از SiP نیز در حال افزایش است. علاوه بر این، فناوری SIP نیز با موفقیت در سیستم‌های اداری و سیستم‌های سرگرمی در خودرو که به سرعت در حال رشد هستند به کار گرفته شده است.

الکترونیک پزشکی به ترکیبی از قابلیت اطمینان و اندازه کوچک، همراه با عملکرد و طول عمر نیاز دارد. کاربردهای معمول در این زمینه تجهیزات پزشکی الکترونیکی قابل کاشت مانند آندوسکوپ کپسولی است. آندوسکوپ از یک لنز نوری، یک تراشه پردازش تصویر، یک فرستنده سیگنال فرکانس رادیویی، یک آنتن و یک باتری تشکیل شده است. تراشه پردازش تصویر یک تراشه دیجیتال، فرستنده سیگنال فرکانس رادیویی یک تراشه آنالوگ و آنتن یک دستگاه غیرفعال است. بسته‌بندی این دستگاه‌ها در کنار هم در یک SiP به خوبی نیازهای عملکرد و کوچک‌سازی را برطرف می‌کند.

کاربرد SiP در زمینه کامپیوتر عمدتاً از ادغام پردازنده و حافظه با یکدیگر ناشی می شود. با در نظر گرفتن GPU به عنوان مثال، معمولا شامل تراشه محاسباتی گرافیکی و SDRAM است. دو روش بسته بندی یکسان نیستند. محاسبات گرافیکی در بسته بندی استاندارد چند تراشه ای آرایه توپ پلاستیکی بسته بندی شده است که برای SDRAM مناسب نیست. بنابراین لازم است دو نوع چیپس را به صورت جداگانه بسته بندی و سپس به صورت SiP با هم بسته بندی کنید.

SiP همچنین کاربردهای زیادی در سایر لوازم الکترونیکی مصرفی دارد. این شامل ISP (تراشه پردازش تصویر)، تراشه بلوتوث و غیره است. ISP دستگاه اصلی دوربین های دیجیتال، اسکنرها، دوربین ها، اسباب بازی ها و سایر محصولات الکترونیکی است. این سیگنال های نوری را از طریق تبدیل فوتوالکتریک به سیگنال های دیجیتال تبدیل می کند و سپس پردازش، نمایش و ذخیره سازی تصویر را درک می کند. حسگرهای تصویر شامل مجموعه ای از انواع مختلف قطعات مانند CCD، سنسورهای تصویر CMOS، حسگرهای تصویر تماسی، دستگاه های بارگیری شارژ، آرایه های دیود نوری، سنسورهای سیلیکونی آمورف و غیره می باشند. فناوری SiP بدون شک یک راه حل ایده آل برای فناوری بسته بندی است.

سیستم بلوتوث معمولاً از یک بخش بی سیم، یک بخش کنترل پیوند، یک بخش پشتیبانی مدیریت پیوند و یک رابط ترمینال اصلی تشکیل شده است. فناوری SiP می‌تواند بلوتوث را کوچک‌تر و کوچک‌تر کند تا نیازهای بازار را برآورده کند، بنابراین کاربرد فناوری بلوتوث را به شدت ترویج می‌کند. SiP تمام اجزا (رادیو، پردازنده باند پایه، رام، فیلترها و سایر اجزای مجزا) مورد نیاز برای یکپارچه سازی عملکرد فناوری بی سیم بلوتوث را در یک بسته فوق العاده کوچک تکمیل می کند.

محصولات الکترونیکی دارای ویژگی های عملکرد بالا، کوچک سازی، انواع مختلف و دسته های کوچک هستند. فناوری SiP با الزامات کاربردی الکترونیک مطابقت دارد، بنابراین بازار کاربرد گسترده ای دارد و چشم انداز توسعه در این زمینه فنی دارد. 

3.2.SiP - مناسب برای گوشی های هوشمند

نازک شدن و سبکی تلفن های همراه باعث افزایش تقاضا برای SiP شده است. تلفن های همراه بزرگترین بازار برای بسته بندی SiP هستند. همانطور که گوشی های هوشمند نازک تر و سبک تر می شوند، تقاضا برای SiP به طور طبیعی افزایش می یابد. از سال 2011 تا 2015، ضخامت تلفن های همراه با برندهای مختلف به طور مداوم کاهش یافته است. نازک شدن به طور طبیعی نیازهای بالاتر و بالاتری در ضخامت اجزای مونتاژ شده دارد. با در نظر گرفتن iPhone 6s به عنوان مثال، استفاده از PCB تا حد زیادی کاهش یافته است و بسیاری از قطعات تراشه در ماژول های SiP پیاده سازی خواهند شد. وقتی صحبت از آیفون 8 به میان می آید، ممکن است این اولین تلفن همراه اپل باشد که از SiP استفاده می کند. این بدان معناست که از یک طرف می توان آیفون 8 را نازک تر و سبک تر کرد و از طرف دیگر فضای بیشتری برای سایر ماژول های کاربردی مانند دوربین ها، بلندگوها و باتری های قدرتمندتر وجود خواهد داشت.

به برنامه های SiP از محصولات اپل نگاه کنید. اپل شرکتی است که کاملاً به برنامه های SiP خوش بین است. اپل قبلا از بسته بندی SiP در اپل واچ استفاده کرده است.

علاوه بر ساعت، تعداد SiP های مورد استفاده در تلفن های همراه اپل نیز به تدریج در حال افزایش است. فهرست شده عبارتند از: تراشه لمسی، تراشه شناسایی اثر انگشت، RFPA و غیره.

تراشه لمسی در Iphone6، دو تراشه لمسی وجود دارد که به ترتیب توسط Broadcom و TI ارائه شده اند، در حالی که در 6S، این دو در یک بسته مهر و موم شده اند تا بسته SiP تحقق یابد. در آینده، کل TDDI بیشتر محصور خواهد شد. نسل جدیدی از فناوری لمس سه بعدی در آیفون 3 اس نشان داده شد. تشخیص حسگر لمسی می‌تواند به پوسته مواد عایق نفوذ کند و با تشخیص تغییر ولتاژی که توسط انگشت انسان ایجاد می‌شود، عمل لمس انگشت انسان را قضاوت کند تا عملکردهای مختلف را تحقق بخشد. تراشه لمسی برای جمع آوری مقدار ولتاژ نقطه تماس است، سیگنال های ولتاژ الکترود را پس از پردازش به سیگنال های مختصات تبدیل می کند و تلفن همراه را کنترل می کند تا با توجه به سیگنال های مختصات به عملکردهای مربوطه پاسخ دهد تا عملکرد کنترل آن را محقق کند. ظهور 6D Touch الزامات بالاتری را برای قابلیت پردازش و عملکرد ماژول لمسی ایجاد کرده است. ساختار پیچیده آن مستلزم مونتاژ تراشه لمسی با SiP است و عملکرد بازخورد لمسی دوستی عملیاتی آن را افزایش می دهد.

تشخیص اثر انگشت نیز از بسته SiP استفاده می کند. سنسور و تراشه کنترل با هم بسته بندی شده اند و فناوری مشابهی از آیفون 5 به کار گرفته شده است.

ماژول RFPA RFPA در تلفن های همراه رایج ترین شکل استفاده از SiP است. آیفون 6 اس نیز از این قاعده مستثنی نیست. در آیفون 6 اس، چندین تراشه RFPA وجود دارد که همگی از SiP استفاده می کنند.

طبق عادت اپل، تمام فناوری های بالغ به نسل بعدی منتقل می شود. ما قضاوت می کنیم که آیفون 7 آینده اپل بیشتر از فناوری SiP استفاده خواهد کرد، در حالی که آیفون 7s و آیفون 8 آینده جامع تر خواهند بود و از فناوری SiP تا حد بیشتری استفاده خواهند کرد. برای فشرده سازی فضای داخلی

فرم بسته SIP

فن آوری بسته بندی SIP انواع تراشه ها یا ماژول های خالی را برای چیدمان و مونتاژ استفاده می کند. اگر چیدمان متمایز باشد، می توان آن را تقریباً به یک بسته بندی مسطح دو بعدی و یک ساختار بسته بندی سه بعدی تقسیم کرد. در مقایسه با بسته‌بندی دو بعدی، استفاده از فناوری بسته‌بندی سه بعدی انباشته می‌تواند تعداد ویفرها یا ماژول‌های مورد استفاده را افزایش دهد، در نتیجه تعداد لایه‌هایی را که ویفرها می‌توانند در جهت عمودی قرار بگیرند افزایش می‌دهد و قابلیت یکپارچه‌سازی عملکردی فناوری SIP را بیشتر می‌کند. فناوری اتصال داخلی می تواند اتصال سیم ساده (Wire Bonding) یا اتصال تراشه فلیپ (Flip Chip) یا ترکیبی از این دو باشد.

از نوع طراحی و تمایز ساختار SIP صنعت فعلی، SIP را می توان به سه دسته تقسیم کرد.

SIP دو بعدی

این نوع بسته بندی به این صورت است که تراشه ها را یک به یک در حالت دو بعدی در بدنه بسته بندی روی همان بستر بسته بندی بسته بندی می کنند.

SIP های انباشته شده

این نوع بسته بندی بسته ای است که به صورت فیزیکی دو یا چند پشته چیپ را در یک بسته ادغام می کند.

SIP دو بعدی

این نوع بسته بندی مبتنی بر بسته بندی دو بعدی است و تراشه های متعدد، تراشه های بسته بندی شده، چند تراشه و حتی ویفرها روی هم چیده شده و به هم متصل می شوند تا یک بسته سه بعدی را تشکیل دهند. به این ساختار بسته بندی سه بعدی انباشته نیز می گویند.

علاوه بر این، علاوه بر ساختارهای بسته بندی دو بعدی و سه بعدی، روش یکپارچه سازی اجزا بر روی یک بستر چند منظوره نیز می تواند اتخاذ شود - اجزای مختلفی در بستر چند منظوره تعبیه شده اند تا به هدف یکپارچگی عملکردی دست یابند. چیدمان‌های مختلف تراشه، همراه با فناوری‌های مختلف اتصال داخلی، بسته SIP را ترکیب‌های متنوعی تشکیل می‌دهد و می‌تواند بر اساس نیازهای مشتریان یا محصولات، سفارشی یا انعطاف‌پذیر تولید شود.

مشکلات فنی SIP

شکل اصلی بسته بندی SIP BGA است، اما این بدان معنا نیست که شما بر فناوری SIP با فناوری بسته بندی پیشرفته سنتی تسلط دارید.

برای طراحی مدار، بسته تراشه سه بعدی دارای پشته های قالب متعدد خواهد بود، چنین طراحی بسته پیچیده مشکلات زیادی را به همراه خواهد داشت: مانند ادغام چند تراشه در یک بسته، نحوه چیدمان تراشه ها. بستر لایه، مسیریابی آثار با ابزارهای سنتی دشوار است. همچنین مسائلی مانند فاصله بین ردیابی ها، طراحی با طول مساوی و طراحی جفت دیفرانسیل وجود دارد.  

علاوه بر این، با افزایش پیچیدگی ماژول و افزایش فرکانس کاری (فرکانس ساعت یا فرکانس حامل)، دشواری طراحی سیستم همچنان افزایش خواهد یافت. علاوه بر تجربه طراحی لازم، شبیه سازی عددی عملکرد سیستم نیز ضروری است. لینک طراحی