טכנולוגיית System-in-Package (SIP) מוצעת מאז תחילת שנות ה-1990 ועד היום. לאחר יותר מעשר שנים של פיתוח, הוא זכה להסכמה רחבה על ידי האקדמיה והתעשייה, והפך לאחד הנקודות החמות החדשות בחקר הטכנולוגיה האלקטרונית ואחד הכיוונים העיקריים של יישומים טכניים. הוא גם מאמין שהוא מייצג את כיוון הפיתוח העתידי של הטכנולוגיה האלקטרונית. כחלק חשוב בטכנולוגיית אריזות SIP, טכנולוגיית אריזות SIP התקדמה מאוד בחדשנות מתמשכת לאורך השנים, ויצרה בהדרגה מערכת טכנית משלה, הראויה לעסוק בתעשיות טכנולוגיות קשורות. טכנאים וחוקרים עורכים מחקר ומחקר. מנקודת המבט של טכנולוגיית האריזה, המאמר מציג את ייצור אריזות SIP בפירוט, וגם דן בנקודות המפתח של התהליך שלה בפירוט.

על פי ההגדרה של International Semiconductor Route Organization (ITRS): SiP הוא מכשיר יחיד המרכיב באופן מועדף מספר רכיבים אלקטרוניים פעילים עם פונקציות שונות והתקנים פסיביים אופציונליים, כמו גם התקנים אחרים כגון MEMS או התקנים אופטיים, כדי להשיג הגדרה מסוימת פוּנקצִיָה. חבילות סטנדרטיות היוצרות מערכת או תת-מערכת.

מבחינת ארכיטקטורה, SiP משלבת מגוון שבבים פונקציונליים, כולל מעבדים, זיכרון ושבבים פונקציונליים אחרים בחבילה אחת, כדי להשיג פונקציה שלמה בעצם. מתאים ל-SOC (מערכת על שבב). ההבדל הוא ש-system-in-package היא שיטת אריזה שבה משתמשים בשבבים שונים זה לצד זה או מוערמים, בעוד ש-SOC הוא מוצר שבבים משולב מאוד.

1.1. יותר מור לעומת יותר ממור——השוואה של SoC ו-SiP

SiP הוא נתיב מימוש חשוב מעבר לחוק מור. חוק מור הידוע התפתח עד לשלב הנוכחי, לאן הוא הולך? יש שני מסלולים בענף: האחד הוא להמשיך ולהתפתח בהתאם לחוק מור. מוצרים העוקבים אחר נתיב זה כוללים מעבד, זיכרון, התקני לוגיקה וכו'. מוצרים אלו מהווים 50% מהשוק כולו. השני הוא מסלול יותר ממור שעולה על חוק מור. פיתוח השבבים עבר מהמרדף העיוור של הפחתת צריכת החשמל ושיפור הביצועים לגישה פרגמטית יותר למתן מענה לצורכי השוק. המוצרים בתחום זה כוללים מכשירים אנלוגיים/RF, מכשירים פסיביים, התקני ניהול צריכת חשמל וכו', המהווים כ-50% הנותרים מהשוק.

לשני המסלולים הללו נולדו שני מוצרים: SoC ו-SiP. SoC הוא תוצר של חוק מור שממשיך לרדת, ו-SiP הוא נתיב חשוב להשגה מעבר לחוק מור. שניהם מוצרים המאפשרים מזעור ומיעוט מערכות ברמת השבבים.

SoC ו-SIP דומים מאוד בכך ששניהם משלבים מערכת הכוללת רכיבים לוגיים, רכיבי זיכרון ואפילו רכיבים פסיביים ליחידה אחת. SoC הוא מנקודת מבט עיצובית, כלומר לשלב את הרכיבים הנדרשים על ידי המערכת לשבב אחד. SiP היא שיטת אריזה שבה שבבים שונים מוצבים זה לצד זה או מוערמים מנקודת מבט של אריזה, ורכיבים אלקטרוניים פעילים מרובים עם פונקציות שונות והתקנים פסיביים אופציונליים, כמו גם התקנים אחרים כגון MEMS או התקנים אופטיים מורכבים זה מזה. . , חבילה סטנדרטית אחת המיישמת פונקציה מסוימת.

מבחינת אינטגרציה, באופן כללי, SoC משלבת רק מערכות לוגיות כמו AP, בעוד SiP משלבת AP+DDR נייד. במידה מסוימת, SIP=SoC+DDR. ככל שהאינטגרציה תהיה גבוהה יותר ויותר בעתיד, סביר להניח שגם emmc ישולב ב-SiP.

מנקודת המבט של פיתוח אריזות, SoC הוקמה כמפתח וכיוון הפיתוח של עיצוב מוצרים אלקטרוניים עתידיים בשל הדרישות של מוצרים אלקטרוניים מבחינת נפח, מהירות עיבוד או מאפיינים חשמליים. עם זאת, עם העלות הגוברת של ייצור SoC בשנים האחרונות ומכשולים טכניים תכופים, הפיתוח של SoC מתמודד עם צוואר בקבוק, והפיתוח של SiP קיבל יותר ויותר תשומת לב על ידי התעשייה.

1.2. SiP - דרך הבחירה הבלתי נמנעת מעבר לחוק מור

חוק מור מבטיח שיפור מתמיד בביצועי השבבים. כפי שכולנו יודעים, חוק מור הוא "התנ"ך" לפיתוח תעשיית המוליכים למחצה. על מוליכים למחצה מבוססי סיליקון, גודל התכונה של טרנזיסטורים מצטמצם בחצי והביצועים מוכפלים כל 18 חודשים. במקביל לשיפור הביצועים, זה מביא להפחתת עלויות, מה שגורם ליצרני המוליכים למחצה להיות בעלי מוטיבציה מספקת כדי לממש את הקטנת גודל תכונת המוליכים למחצה. ביניהם, שבבי מעבד ושבבי זיכרון הם שני סוגי השבבים שהכי עוקבים אחר חוק מור. אם לוקחים את אינטל כדוגמה, כל דור של מוצרים תואם באופן מושלם את חוק מור. ברמת השבבים, חוק מור מקדם קידום מתמשך של ביצועים.

לוח ה-PCB אינו עומד בחוק מור והוא צוואר הבקבוק לשיפור הביצועים של המערכת כולה. בהתאם להתכווצות המתמשכת של גודל השבב, לוח ה-PCB לא השתנה הרבה במהלך השנים. לדוגמה, רוחב הקו המינימלי הסטנדרטי של לוחות אם PCB הוא 3 מיל (כ-75 אום) לפני עשר שנים, והוא עדיין 3 מיל כיום, עם מעט שיפור. אחרי הכל, PCBs לא מצייתים לחוק מור. בשל המגבלה של ה-PCB, שיפור הביצועים של המערכת כולה נתקל בצוואר בקבוק. לדוגמה, מכיוון שרוחב עקבות ה-PCB לא השתנה, גם צפיפות החיווט בין המעבד לזיכרון נשארת זהה. במילים אחרות, מספר החוטים בין המעבד לזיכרון לא ישתנה באופן משמעותי מבלי לשנות את גודל המעבד וחבילת הזיכרון. רוחב הפס של הזיכרון שווה לרוחב הסיביות של ממשק הזיכרון כפול בתדר ההפעלה של ממשק הזיכרון. רוחב סיביות פלט הזיכרון שווה למספר החיבורים בין המעבד לזיכרון. בעשר השנים האחרונות, 64bit לא השתנה עקב המגבלה של טכנולוגיית לוח PCB. לכן, אם אתה רוצה להגדיל את רוחב הפס של הזיכרון, אתה יכול רק להגדיל את תדירות הפעולה של ממשק הזיכרון. זה מגביל את שיפור הביצועים של המערכת כולה.

SIP הוא המנצח והמפסיד בפתרון כבלי המערכת. עטוף שבבי מוליכים למחצה מרובים והתקנים פסיביים באותו שבב ליצירת שבב ברמת המערכת, במקום להשתמש בלוח ה-PCB כמנשא בין החיבור בין שבבי הספק, מה שיכול לפתור את ביצועי המערכת הנגרמים מהליקויים המובנים של ה-PCB עצמו. נתקלים בצווארי בקבוק. קח מעבדים ושבבי זיכרון כדוגמה, מכיוון שצפיפות החיווט הפנימי במערכת בתוך החבילה יכולה להיות גבוהה בהרבה מזו של חיווט PCB, כדי לפתור את צוואר הבקבוק של המערכת שנגרם על ידי פס רחב של קווי PCB. לדוגמה, מכיוון שניתן לחבר את שבב הזיכרון ואת שבב המעבד יחד באמצעות חורים דרך, הם אינם מוגבלים עוד על ידי רוחב קו ה-PCB, כך שניתן לשפר את רוחב הפס של הנתונים ברוחב הפס של הממשק.

אנו מאמינים ש-SiP הוא יותר מסתם שילוב שבבים יחד. ל-SiP יש גם את היתרונות של מחזור פיתוח קצר; יותר פונקציות; צריכת חשמל נמוכה יותר, ביצועים טובים יותר, מחיר עלות נמוך יותר, גודל קטן יותר ומשקל קל יותר. הסיכום הוא כדלקמן:

ניתוח תהליכי SiP

ניתן לחלק את תהליך אריזת ה-SIP לאריזת חיבור חוט והדבקת Flip-Chip לפי שיטת החיבור בין השבב למצע.

2.1. תהליך אריזת הדבקת חוט

התהליך העיקרי של תהליך אריזת הדבקת חוט הוא כדלקמן:

רקיק ← דילול רקיק ← חיתוך רקיק ← הדבקת תבנית ← הדבקת חוט ← ניקוי פלזמה ← עציץ של חומר עטיפה נוזלי ← מכלול כדורי הלחמה ← הלחמה חוזרת ← סימון פני השטח ← הפרדה ← בדיקה סופית ← בדיקה ← אריזה.

• דילול רקיק

דילול רקיק מתייחס לטחינה מכנית או כימית מכנית (CMP) מהחלק האחורי של הפרוסה כדי לדלל את הפרוסה לרמה המתאימה לאריזה. ככל שגודל הפרוסה הולך וגדל, על מנת להגביר את החוזק המכני של הפרוסה ולמנוע דפורמציה וסדקים במהלך העיבוד, עוביו גדל. אולם עם התפתחות המערכת לכיוון קל, דק וקצר, עובי המודול לאחר אריזת השבבים הופך לדק יותר ויותר. לכן, יש להפחית את עובי הפרוסה לרמה מקובלת לפני האריזה כדי לעמוד בדרישות של הרכבת שבבים.

• חיתוך רקיק

לאחר דילול הוופל, ניתן לחתוך לקוביות. מכונות קוביות ישנות יותר הופעלו ידנית, וכעת מכונות קוביות כלליות הן אוטומטיות לחלוטין. בין אם מדובר בשרטוט חלקי או חלוקה מלאה של הרקיק, כיום משתמשים בלהב מסור מכיוון שהוא מצייר קצוות מסודרים עם מעט שבבים וסדקים.

• למות לצרף

הצ'יפס חתוך לקוביות מותקנים על הרפידות האמצעיות של המסגרת. גודל הרפידה צריך להתאים לגודל השבב. אם גודל הרפידה גדול מדי, תוחלת העופרת תהיה גדולה מדי, והעופרת תתכופף והשבב יעקור עקב הלחץ שנוצר על ידי הזרימה במהלך תהליך יציקת ההעברה. ניתן להלחים את שיטת ההרכבה למצע עם הלחמה רכה (הכוונה לסגסוגת Pb-Sn, במיוחד סגסוגת המכילה Sn), סגסוגת אוטקטית Au-Si וכו'. השיטה הנפוצה ביותר באריזות פלסטיק היא שימוש בדבק פולימרי. הדבק מודבק למסגרת המתכת.

• חיבור חוט

העופרת המשמשת באריזת הפלסטיק היא בעיקר חוטי זהב, וקוטרו הוא בדרך כלל 0.025 מ"מ ~ 0.032 מ"מ. אורך העופרת הוא בדרך כלל בין 1.5 מ"מ ל-3 מ"מ, וגובה הקשת יכול להיות גבוה ב-0.75 מ"מ מהמישור שבו ממוקם השבב.

טכניקות הדבקה כוללות ריתוך תרמו-דחיסה, ריתוך תרמוסוני וכו'. היתרונות של טכניקות אלו הם הקלות של היווצרות כדורית (כלומר טכנולוגיית כדור הלחמה) ומניעת חמצון חוטי זהב. על מנת להוזיל עלויות, חוטי מתכת אחרים, כגון אלומיניום, נחושת, כסף, פלדיום וכו', נחקרים גם כדי להחליף את הדבקת חוטי זהב. התנאי של ריתוך בלחץ חם הוא ששני משטחי המתכת נמצאים במגע הדוק, והזמן, הטמפרטורה והלחץ נשלטים כדי לגרום לשתי המתכות להתחבר. משטח מחוספס (לא אחיד), היווצרות שכבת תחמוצת או זיהום כימי, ספיגת לחות וכו' ישפיעו על אפקט ההדבקה ויפחיתו את חוזק ההדבקה. הטמפרטורה של ריתוך תרמו-דחיסה היא 300℃ ~ 400℃, והזמן הוא בדרך כלל 40ms (בדרך כלל, בתוספת ההליכים כגון מציאת מיקום ההדבקה, מהירות ההדבקה היא שני חוטים בשנייה). היתרון של ריתוך קולי הוא שהוא יכול להימנע מטמפרטורה גבוהה, מכיוון שהוא משתמש ברטט קולי של 20kHz ~ 60kHz כדי לספק את האנרגיה הדרושה לריתוך, כך שניתן להוריד את טמפרטורת הריתוך. השימוש בו-זמני בחום ובאנרגיה קולית להדבקה ידוע בשם ריתוך תרמוסוני. בהשוואה לריתוך תרמוקומפרסיה, היתרון הגדול ביותר של ריתוך תרמוסוני הוא הפחתת טמפרטורת ההדבקה מ-350 מעלות צלזיוס לכ-250 מעלות צלזיוס (יש אנשים שחושבים שניתן להשתמש בתנאים של 100 מעלות צלזיוס ~ 150 מעלות צלזיוס), מה שיכול להפחית מאוד טמפרטורת ההדבקה על כרית האלומיניום. אפשרות ליצור תרכובות בין-מתכתיות Au-Al, הארכת חיי המכשיר תוך הפחתת סחיפה של פרמטרים במעגל. השיפור בהדבקת החוטים נובע בעיקר מהצורך באריזות דקות ודקות יותר, חלק מאריזות דקות במיוחד הן רק יש כ-0.4 מ"מ. לכן, לולאת העופרת (לולאה) מצטמצמת מ-200 מיקרומטר ~ 300 מיקרומטר הכללי ל-100 מיקרומטר ~ 125 מיקרומטר, כך שהמתח של העופרת גדול מאוד והדוק מאוד. בנוסף, יש בדרך כלל שני חוטי חשמל/הארקה טבעתיים בהיקפית של רפידות החוטים על המצע. כדי למנוע מחוט הזהב לקצר איתו במהלך ההדבקה, הפער המינימלי חייב להיות > 625 מיקרומטר, וחוט ההדבקה חייב להיות בעל ליניאריות גבוהה. מעלות וקשת טובה.

• ניקוי פלזמה

אחד התפקידים החשובים של הניקוי הוא לשפר את ההדבקה של הסרט, כגון הנחת סרט Au על מצע Si, וטיפול בפני השטח של פחמימנים ומזהמים אחרים על ידי פלזמה Ar, מה שמשפר משמעותית את ההידבקות של Au. פני המצע לאחר טיפול בפלזמה ישאירו שכבה של חומר אפור המכילה פלואוריד, אותה ניתן להסיר באמצעות תמיסה. ניקוי סימולטני עוזר גם לשפר את הידבקות פני השטח והרטבה.

• עציץ איטום נוזלי

מניחים את סרט המסגרת המותקן על השבב והמחובר בחוט בתבנית, מחממים את הבלוק שנוצר מראש של תרכובת היציקה בכבשן חימום מראש (טמפרטורת החימום מראש היא בין 90 מעלות צלזיוס ל-95 מעלות צלזיוס), ולאחר מכן הכניסו אותו להעברה. במיכל ההעברה של מכונת הדפוס. בלחץ של בוכנת יציקת ההעברה, תרכובת היציקה מוחלשת לתוך הרץ ומוזרקת לחלל התבנית דרך השער (טמפרטורת התבנית נשמרת על כ-170°C עד 175°C לאורך כל התהליך). תרכובת הדפוס מתמצקת במהירות בתבנית, ולאחר תקופה של החזקת לחץ, המודול מגיע לקשיות מסוימת, ואז המודול נפלט עם סיכת המפלט, ותהליך היציקה מסתיים. עבור רוב תרכובות היציקה, לאחר מספר דקות של החזקת לחץ בתבנית, המודול נוקשה מספיק כדי לאפשר פליטה, אך הריפוי (הפילמור) של הפולימר אינו מושלם. מכיוון שמידת הפילמור (דרגת האשפרה) של החומר משפיעה מאוד על טמפרטורת מעבר הזכוכית והמתח התרמי של החומר, חשוב מאוד לקדם את החומר להתרפאות מלאה כדי להגיע למצב יציב, שחשוב מאוד לשפר. האמינות של המכשיר, ואחרי אשפרה היא לשפר את תרכובת הדפוס שלבי התהליך הדרושים למידת הפילמור, התנאים הכלליים שלאחר הריפוי הם 170 ℃ ~ 175 ℃, 2h ~ 4h.

• עציץ איטום נוזלי

כיום, קיימות שתי שיטות הרכבה לכדור בתעשייה: "משחת הלחמה" + "כדור הלחמה" ו"משחת שטף" + "כדור הלחמה". שיטת ההרכבה "משחת הלחמה" + "כדור פח" מוכרת כשיטת הרכבת הכדור הסטנדרטית הטובה בתעשייה. לכדורים הנטועים בשיטה זו יכולת ריתוך ומבריק טובים, ותופעת היסט כדור ההלחמה לא תתרחש במהלך תהליך המסת הפח. קל יותר לשלוט בו. השיטה הספציפית היא תחילה להדפיס את משחת ההלחמה על משטח ה-BGA, ולאחר מכן להשתמש במכונת הרכבה לכדור או בהדפסת מסך כדי להוסיף גודל מסוים של כדורי הלחמה. בשלב זה, תפקידה של משחת ההלחמה הוא להיצמד לפח. בעת חימום משטח המגע של כדורי ההלחמה גדול יותר, כך שכדורי ההלחמה מתחממים מהר יותר ומקיף יותר, כך שלכדורי ההלחמה יש יכולת הלחמה טובה יותר עם הרפידות לאחר ההמסה ומצמצמים את האפשרות להלחמה וירטואלית.

• סימון משטח

סימון הוא האותיות והלוגו הבלתי ניתנים למחיקה וברורים המודפסים על המשטח העליון של המודול הארוז, כולל פרטי היצרן, מדינה, קוד מכשיר וכו', בעיקר לצורך זיהוי ומעקב. ישנן דרכים רבות לקידוד, ביניהן הנפוצה ביותר היא שיטת הקידוד הכוללת הדפסת דיו והדפסת לייזר.

• נפרד

על מנת לשפר את יעילות הייצור ולחסוך בחומרים, רוב עבודות ההרכבה של SIP מתבצעות בצורה של שילוב מערך, המחולק למכשירים בודדים לאחר השלמת תהליך היציקה והבדיקה. ניתן לבצע חלוקה על ידי ניסור או הטבעה. תהליך הניסור גמיש יותר ואינו דורש הרבה כלים מיוחדים. לתהליך ההחתמה יש יעילות ייצור גבוהה יותר ועלות נמוכה יותר, אך מצריך שימוש בכלים מיוחדים.

2.2. תהליך ריתוך Flip-chip

בהשוואה לתהליך הדבקת החוטים, לתהליך ה-Flip Chip יש את היתרונות הבאים:

(1) טכנולוגיית ריתוך Flip-chip מתגברת על הבעיה של מגבלת מרחק המרכז של רפידות מליטה חוט;

(2) זה מספק יותר נוחות למעצבים אלקטרוניים בתכנון חלוקת החשמל/הקרקע של השבב;

(3) על ידי קיצור אורך החיבור והפחתת עיכוב ה-RC, הוא מספק אות שלם יותר עבור התקנים בתדר גבוה והספק גבוה;

(4) ביצועים תרמיים מעולים, ניתן להתקין רדיאטור על גב השבב;

(5) אמינות גבוהה, בשל פעולת חומר המילוי מתחת לשבב, משפרים את חיי העייפות של החבילה;

(6) קל לתיקון.

להלן זרימת התהליך של הדבקת שבב הפוך (אותו תהליך כמו הדבקת חוט לא יתואר בנפרד): רקיק ← חלוקה מחדש של רפידות ← דילול רקיק, יצירת בליטה ← חיתוך רקיק ← הדבקת שבב הפוך, מילוי תחתון → אנקפסולציה → כדורי הלחמה להרכבה → הלחמה חוזרת → סימון משטח → הפרדה → בדיקה סופית → בדיקה → אריזה.

• חלוקה מחדש של רפידות

על מנת להגדיל את גובה העופרת ולעמוד בדרישות של תהליך הדבקת ה-Flip-Chip, יש צורך לחלק מחדש את הלידים של השבב.

• לעשות בליטות

לאחר השלמת חלוקת הרפידות מחדש, יש להוסיף בליטות לרפידות שבשבב. טכניקות ייצור בליטות הלחמה יכולות להיות ציפוי אלקטרוליטי, ציפוי ללא חשמל, אידוי, מיקום כדורים והדפסת משחת הלחמה. נכון לעכשיו, שיטת הציפוי היא עדיין הנפוצה ביותר, ואחריה שיטת ההדפסה של משחת הלחמה.

• הדבקת Flip-chip, תת מילוי

לאחר שמסדרים את בליטות ההלחמה על כל משטח החיבור של השבב בצורת מערך הרשת, הצ'יפ מותקן על מצע האריזה בצורה הפוכה, והחיבור החשמלי מושג דרך הבליטות והרפידות על המצע, תוך החלפת ה-WB וה-TAB. שיטת חיבור. לאחר הדבקת שבב הפוך, מילוי בשרף אפוקסי בין השבב למצע יכול להפחית את הלחץ התרמי והלחץ המכני המופעל על הבליטות, ולשפר את האמינות ב-1 עד 2 סדרי גודל בהשוואה ללא מילוי.

SiP - ליישומים

3.1. אזורי יישום עיקריים

היישום של SiP נרחב מאוד, כולל בעיקר: תקשורת אלחוטית, אלקטרוניקה לרכב, אלקטרוניקה רפואית, מחשבים וכו'.

תחום התקשורת האלחוטית הנפוץ ביותר. היישום של SiP בתחום התקשורת האלחוטית הוא המוקדם ביותר, והוא גם התחום הנפוץ ביותר. בתחום התקשורת האלחוטית, הדרישות ליעילות שידור פונקציונלית, רעש, נפח, משקל ועלות הולכות וגדלות, מה שמאלץ את התקשורת האלחוטית להתפתח לכיוון של עלות נמוכה, ניידת, רב תכליתית וביצועים גבוהים. SiP הוא פתרון אידיאלי המשלב את היתרונות של משאבי הליבה הקיימים ותהליכי ייצור מוליכים למחצה, מפחית עלויות ומקצר את זמן היציאה לשוק, תוך התגברות על קשיים ב-SOC כגון תאימות תהליכים, ערבוב אותות, הפרעות רעש והפרעות אלקטרומגנטיות. מגבר הכוח של תדר הרדיו בטלפון הנייד משלב את הפונקציות של מגבר הכוח בתדר הרדיו, בקרת ההספק ומתג המשדר, שנפתרות לחלוטין ב-SiP.

אלקטרוניקה לרכב היא תרחיש יישום חשוב עבור SiP. יישומי SiP באלקטרוניקה לרכב גדלים בהדרגה. אם לוקחים את יחידת בקרת המנוע (ECU) כדוגמה, ה-ECU מורכב ממיקרו-מעבד (CPU), זיכרון (ROM, RAM), ממשק קלט/פלט (I/O), ממיר אנלוגי לדיגיטלי (A/D) , כמו גם הרכב מעגלים משולב בקנה מידה גדול. לסוגים שונים של שבבים יש תהליכים שונים. כיום, SiP משמש לעתים קרובות כדי לשלב את השבבים לתוך מערכת בקרה מלאה. בנוסף, מערכת בלימה נגד נעילה לרכב (ABS), מערכת בקרת הזרקת דלק, מערכת אלקטרונית של כריות אוויר, מערכת בקרת גלגל ההגה, מערכת אזעקה ללחץ נמוך בצמיגים ויחידות אחרות, השימוש ב-SiP גובר גם הוא. בנוסף, טכנולוגיית SIP יושמה בהצלחה גם במערכות המשרדיות לרכב ובמערכות הבידור הצומחות במהירות.

אלקטרוניקה רפואית דורשת שילוב של אמינות וגודל קטן, בשילוב עם פונקציונליות ואריכות ימים. יישומים אופייניים בתחום זה הם מכשירים רפואיים אלקטרוניים הניתנים להשתלה, כגון אנדוסקופים של קפסולה. האנדוסקופ מורכב מעדשה אופטית, שבב עיבוד תמונה, משדר אותות בתדר רדיו, אנטנה וסוללה. שבב עיבוד התמונה הוא שבב דיגיטלי, משדר האותות בתדר הרדיו הוא שבב אנלוגי, והאנטנה היא מכשיר פסיבי. אריזת התקנים אלה יחד ב-SIP נותנת מענה מושלם לדרישות הביצועים והמזעור.

היישום של SiP בתחום המחשבים מגיע בעיקר משילוב המעבד והזיכרון ביחד. אם לוקחים את ה-GPU כדוגמה, הוא כולל בדרך כלל שבב מחשוב גרפי ו-SDRAM. שתי שיטות האריזה אינן זהות. מחשוב גרפי ארוז באריזה סטנדרטית של מערך כדורי פלסטיק מרובה שבבים, שאינה מתאימה ל-SDRAM. לכן, יש צורך לארוז את שני סוגי השבבים בנפרד, ולאחר מכן לארוז אותם יחד בצורה של SiP.

ל-SiP יש גם יישומים רבים באלקטרוניקה צריכה אחרת. זה כולל ISP (שבב עיבוד תמונה), שבב Bluetooth וכן הלאה. ISP הוא המכשיר הליבה של מצלמות דיגיטליות, סורקים, מצלמות, צעצועים ומוצרים אלקטרוניים אחרים. הוא ממיר אותות אופטיים לאותות דיגיטליים באמצעות המרה פוטואלקטרית, ולאחר מכן מממש עיבוד תמונה, תצוגה ואחסון. חיישני תמונה כוללים סדרה של סוגים שונים של רכיבים, כגון CCD, חיישני תמונה CMOS, חיישני תמונה מגע, התקני טעינת מטען, מערכי דיודה אופטית, חיישני סיליקון אמורפי וכו'. טכנולוגיית SiP היא ללא ספק פתרון טכנולוגיית אריזה אידיאלי.

מערכת בלוטות' מורכבת בדרך כלל מחלק אלחוטי, חלק בקרת קישור, חלק תמיכה בניהול קישורים וממשק מסוף ראשי. טכנולוגיית SiP יכולה להפוך את Bluetooth לקטן יותר ויותר כדי לענות על צרכי השוק, ובכך לקדם במרץ את היישום של טכנולוגיית Bluetooth. ה-SiP משלים את כל הרכיבים (רדיו, מעבד פס בסיס, ROM, פילטרים ורכיבים נפרדים אחרים) הנדרשים לשילוב פונקציונליות של טכנולוגיית Bluetooth אלחוטית בחבילה קטנה במיוחד.

למוצרים אלקטרוניים יש מאפיינים של ביצועים גבוהים, מזעור, זנים מרובים ואצוות קטנות. טכנולוגיית SiP תואמת את דרישות היישום של האלקטרוניקה, כך שיש לה שוק יישומים רחב ואפשרויות פיתוח בתחום טכני זה. 

3.2.SiP - מותאם לסמארטפונים

הדילול והקלילות של הטלפונים הניידים הביאו לעלייה בביקוש ל-SiP. טלפונים ניידים הם השוק הגדול ביותר עבור SiP packagingfield. ככל שהסמארטפונים נהיים דקים וקלים יותר, הביקוש ל-SiP יעלה באופן טבעי. משנת 2011 עד 2015, עובי הטלפונים הניידים של מותגים שונים הצטמצם ברציפות. לדילול יש באופן טבעי דרישות גבוהות יותר ויותר לעובי הרכיבים המורכבים. אם לוקחים את ה-iPhone 6s כדוגמה, השימוש ב-PCB הצטמצם מאוד, ורכיבי שבבים רבים יוטמעו במודולי SiP. כשזה מגיע לאייפון 8, זה עשוי להיות הטלפון הנייד הראשון של אפל שמשתמש ב-SiP. המשמעות היא שמצד אחד ניתן להפוך את האייפון 8 לדק יותר וקל יותר, ומצד שני, יהיה יותר מקום למודולים פונקציונליים אחרים, כמו מצלמות חזקות יותר, רמקולים וסוללות.

תסתכל על יישומי SiP ממוצרי אפל. אפל היא חברה שאופטימית בתוקף לגבי יישומי SiP. אפל השתמשה בעבר באריזת SiP ב-Apple Watch.

בנוסף לשעונים, מספר ה-SiPs בשימוש בטלפונים ניידים של אפל גדל בהדרגה. הרשומים הם: שבב מגע, שבב זיהוי טביעת אצבע, RFPA וכן הלאה.

שבב מגע. ב-Iphone6 ​​ישנם שני שבבי מגע, המסופקים על ידי Broadcom ו-TI בהתאמה, בעוד שב-6S, השניים אטומים באותה חבילה למימוש חבילת SiP. בעתיד, כל ה-TDDI יהיה מובלע יותר. דור חדש של טכנולוגיית 3D Touch הוצג באייפון 6s. זיהוי חישת המגע יכול לחדור למעטפת החומר המבודד, ולשפוט את פעולת המגע של האצבע האנושית על ידי זיהוי שינוי המתח שהביאה האצבע האנושית, כדי לממש פונקציות שונות. שבב המגע נועד לאסוף את ערך המתח של נקודת המגע, להמיר את אותות מתח האלקטרודה הללו לאותות קואורדינטות לאחר עיבוד, ולשלוט בטלפון הנייד להגיב לפונקציות המתאימות בהתאם לאותות הקואורדינטות, כדי לממש את פונקציית הבקרה שלו. הופעתו של 3D Touch הציגה דרישות גבוהות יותר ליכולת העיבוד והביצועים של מודול המגע. המבנה המורכב שלו מחייב להרכיב את שבב המגע עם SiP, ופונקציית המשוב המישוש משפרת את הידידותיות התפעולית שלו.

זיהוי טביעות האצבע משתמש גם בחבילת SiP. החיישן ושבב הבקרה ארוזים יחד, וטכנולוגיה דומה אומצה מאז האייפון 5.

מודול RFPA. RFPA בטלפונים סלולריים הוא הצורה הנפוצה ביותר של SiP. האייפון 6S אינו יוצא מן הכלל. באייפון 6S ישנם שבבי RFPA מרובים, כולם משתמשים ב-SiP.

לפי ההרגל של אפל, כל הטכנולוגיות הבוגרות יועברו לדור הבא. אנו שופטים כי ה-Apple iPhone 7 הקרוב יאמץ יותר את טכנולוגיית SiP, בעוד שה-iPhone 7s והאייפון 8 העתידיים יהיו מקיפים יותר וישתמשו בטכנולוגיית SiP במידה רבה יותר. לדחוס את החלל הפנימי.

טופס חבילת SIP

טכנולוגיית האריזה של SIP מאמצת מגוון של שבבים חשופים או מודולים לארגון והרכבה. אם ניתן להבחין בסידור, ניתן לחלק אותו באופן גס לאריזה דו-ממדית שטוחה ומבנה אריזה תלת-ממדית. בהשוואה לאריזה דו-ממדית, השימוש בטכנולוגיית אריזה תלת-ממדית מוערמת יכול להגדיל את מספר הפרוסים או המודולים בהם נעשה שימוש, ובכך להגדיל את מספר השכבות בהן ניתן להניח פרוסות בכיוון האנכי, ולהגביר עוד יותר את יכולת האינטגרציה הפונקציונלית של טכנולוגיית SIP. טכנולוגיית ההדבקה הפנימית יכולה להיות חיבור חוט פשוט (Wire Bonding), או הדבקת שבב Flip (Flip Chip), או שילוב של השניים.

מההבחנה הנוכחית של עיצוב SIP ומבנה ה-SIP, ניתן לחלק את SIP לשלוש קטגוריות.

2D SIP

סוג אריזה זה הוא לארוז את השבבים אחד אחד במצב דו מימדי בגוף אריזה על אותו מצע אריזה.

SIPs מוערמים

סוג אריזה זה הוא חבילה המשלבת פיזית שתי ערימות שבבים או יותר בחבילה אחת.

3D SIP

סוג אריזה זה מבוסס על אריזה דו-ממדית, ושבבים מרובים, שבבים ארוזים, רב-שבבים ואפילו פרוסות מוערמים ומחוברים ביניהם ליצירת חבילה תלת-ממדית. מבנה זה נקרא גם אריזת תלת מימד מוערמת.

בנוסף, בנוסף למבני האריזה הדו-ממדיים והתלת-מימדיים, ניתן לאמץ גם את שיטת שילוב הרכיבים על גבי מצע רב-תכליתי – רכיבים שונים מוטמעים במצע הרב-תכליתי להשגת מטרת האינטגרציה הפונקציונלית. סידורי שבבים שונים, בשילוב טכנולוגיות חיבור פנימיות שונות, הופכים את חבילת ה-SIP למגוון שילובים, וניתן להתאים אותה או לייצר אותה בצורה גמישה בהתאם לצרכי הלקוחות או המוצרים.

קשיים טכניים של SIP

צורת האריזה המרכזית של SIP היא BGA, אבל זה לא אומר ששלטת בטכנולוגיית SIP עם טכנולוגיית אריזה מתקדמת מסורתית.

עבור תכנון מעגלים, חבילת השבבים התלת מימדית תכלול ערימות קוביות מרובות, עיצוב חבילה מורכב שכזה יביא לבעיות רבות: כגון שילוב של מספר שבבים בחבילה אחת, כיצד לערום את השבבים; מצע שכבה, קשה לנתב עקבות עם כלים מסורתיים; יש גם בעיות כמו מרווח בין עקבות, עיצוב באורך שווה ועיצוב זוג דיפרנציאלי.  

בנוסף, עם עליית מורכבות המודול ועליית תדר ההפעלה (תדר שעון או תדר נושא), הקושי בתכנון המערכת ימשיך לעלות. בנוסף לניסיון התכנון הדרוש, ההדמיה המספרית של ביצועי המערכת היא גם חיונית. קישור עיצוב.