Technologia systemu w pakiecie (SIP) jest proponowana od początku lat 1990. XX wieku do chwili obecnej. Po ponad dziesięciu latach rozwoju został on powszechnie zaakceptowany przez środowisko akademickie i przemysł i stał się jednym z nowych gorących punktów w badaniach technologii elektronicznej i jednym z głównych kierunków zastosowań technicznych. Uważa także, że reprezentuje przyszły kierunek rozwoju technologii elektronicznej. Jako ważna część technologii pakowania SIP, technologia pakowania SIP poczyniła przez lata ogromny postęp w ciągłych innowacjach i stopniowo utworzyła własny system techniczny, który jest godny zaangażowania w powiązanych branżach technologicznych. Technicy i uczeni prowadzą badania i studia. W artykule z punktu widzenia technologii pakowania szczegółowo przedstawiono proces wytwarzania opakowań SIP, a także szczegółowo omówiono kluczowe punkty jego procesu.

Zgodnie z definicją Międzynarodowej Organizacji Trasy Półprzewodników (ITRS): SiP to pojedyncze urządzenie, które w preferencyjny sposób łączy wiele aktywnych elementów elektronicznych o różnych funkcjach i opcjonalnie urządzenia pasywne, a także inne urządzenia, takie jak MEMS lub urządzenia optyczne, w celu osiągnięcia określonego funkcjonować. Standardowe pakiety tworzące system lub podsystem.

Pod względem architektury SiP integruje w jednym pakiecie różnorodne układy funkcjonalne, w tym procesory, pamięć i inne układy funkcjonalne, tak aby osiągnąć w zasadzie kompletną funkcję. Odpowiada SOC (system na chipie). Różnica polega na tym, że system w pakiecie to metoda pakowania, w której różne chipy są używane obok siebie lub ułożone w stos, podczas gdy SOC to wysoce zintegrowany produkt w postaci chipów.

1.1. Więcej Moore VS Więcej niż Moore —— Porównanie SoC i SiP

SiP jest ważną ścieżką realizacji wykraczającą poza prawo Moore'a. Dobrze znane prawo Moore'a rozwinęło się do obecnego etapu. Dokąd zmierza? W branży istnieją dwie ścieżki: jedna to dalszy rozwój zgodnie z prawem Moore’a. Produkty podążające tą ścieżką obejmują procesory, pamięć, urządzenia logiczne itp. Produkty te stanowią 50% całego rynku. Druga to trasa Więcej niż Moore, która przewyższa prawo Moore'a. Rozwój chipów przeszedł od ślepego dążenia do zmniejszenia zużycia energii i poprawy wydajności do bardziej pragmatycznego podejścia do zaspokajania potrzeb rynku. Produkty w tym obszarze obejmują urządzenia analogowe/RF, urządzenia pasywne, urządzenia do zarządzania energią itp., co stanowi około pozostałe 50% rynku.

Dla tych dwóch ścieżek narodziły się dwa produkty: SoC i SiP. SoC jest wynikiem ciągłego zanikania prawa Moore'a, a SiP jest ważną ścieżką do osiągnięcia czegoś wykraczającego poza prawo Moore'a. Obydwa są produktami umożliwiającymi miniaturyzację i miniaturyzację systemów na poziomie chipa.

SoC i SIP są bardzo podobne, ponieważ oba integrują system zawierający komponenty logiczne, komponenty pamięci, a nawet komponenty pasywne w jedną jednostkę. SoC jest z punktu widzenia projektowania, który polega na zintegrowaniu komponentów wymaganych przez system w jednym chipie. SiP to metoda pakowania, w której różne chipy są umieszczane obok siebie lub układane w stosy z punktu widzenia pakowania, a wiele aktywnych komponentów elektronicznych o różnych funkcjach i opcjonalnych urządzeniach pasywnych, a także inne urządzenia, takie jak MEMS lub urządzenia optyczne, są preferencyjnie montowane razem . , pojedynczy standardowy pakiet, który implementuje określoną funkcję.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli chodzi o integrację, SoC integruje tylko systemy logiczne, takie jak AP, podczas gdy SiP integruje AP + mobilną pamięć DDR. W pewnym stopniu SIP=SoC+DDR. W miarę jak integracja będzie coraz większa w przyszłości, prawdopodobnie emmc zostanie również zintegrowany z SiP.

Z punktu widzenia rozwoju opakowań, SoC został uznany za kluczowy i kierunek rozwoju przyszłego projektowania produktów elektronicznych ze względu na wymagania produktów elektronicznych pod względem objętości, szybkości przetwarzania czy właściwości elektrycznych. Jednak wraz ze wzrostem kosztów produkcji SoC w ostatnich latach i częstymi przeszkodami technicznymi, rozwój SoC napotyka wąskie gardło, a rozwój SiP jest poświęcany przez branżę coraz większej uwagi.

1.2. SiP - nieunikniona ścieżka wyboru wykraczająca poza prawo Moore'a

Prawo Moore'a zapewnia ciągłą poprawę wydajności chipa. Jak wszyscy wiemy, prawo Moore'a jest „Biblią” rozwoju przemysłu półprzewodników. W przypadku półprzewodników na bazie krzemu rozmiar tranzystorów zmniejsza się o połowę, a wydajność podwaja się co 18 miesięcy. Jednocześnie poprawa wydajności przynosi redukcję kosztów, co sprawia, że ​​producenci półprzewodników mają wystarczającą motywację, aby zrealizować zmniejszenie rozmiarów elementów półprzewodników. Wśród nich chipy procesorowe i chipy pamięci to dwa typy chipów, które w największym stopniu podlegają prawu Moore'a. Biorąc za przykład firmę Intel, każda generacja produktów doskonale spełnia prawo Moore'a. Na poziomie chipa prawo Moore'a promuje ciągły wzrost wydajności.

Płytka drukowana nie jest zgodna z prawem Moore'a i stanowi wąskie gardło w poprawie wydajności całego systemu. W związku z ciągłym zmniejszaniem się rozmiaru chipa, płytka drukowana nie zmieniła się zbytnio na przestrzeni lat. Na przykład standardowa minimalna szerokość linii na płytach głównych z PCB dziesięć lat temu wynosi 3 mil (około 75 um) i nadal wynosi 3 mil dzisiaj, przy niewielkiej poprawie. W końcu PCB nie spełniają prawa Moore'a. Ze względu na ograniczenia PCB poprawa wydajności całego systemu napotkała wąskie gardło. Na przykład, ponieważ szerokość ścieżki PCB nie uległa zmianie, gęstość okablowania między procesorem a pamięcią również pozostaje taka sama. Innymi słowy, liczba przewodów między procesorem a pamięcią nie zmieni się znacząco bez zmiany rozmiaru procesora i pakietu pamięci. Przepustowość pamięci jest równa szerokości bitowej interfejsu pamięci pomnożonej przez częstotliwość roboczą interfejsu pamięci. Szerokość bitowa pamięci wyjściowej jest równa liczbie połączeń pomiędzy procesorem a pamięcią. W ciągu ostatnich dziesięciu lat technologia 64-bitowa nie uległa zmianie ze względu na ograniczenia technologii płytek PCB. Dlatego jeśli chcesz zwiększyć przepustowość pamięci, możesz jedynie zwiększyć częstotliwość roboczą interfejsu pamięci. Ogranicza to poprawę wydajności całego systemu.

SIP jest zwycięzcą i przegranym w rozwiązywaniu kajdan systemu. Zamknięcie wielu chipów półprzewodnikowych i urządzeń pasywnych w tym samym chipie, aby utworzyć chip na poziomie systemowym, zamiast używać płytki drukowanej jako nośnika pomiędzy połączeniem między chipami nośnymi, co może rozwiązać problem wydajności systemu spowodowanego nieodłącznymi wadami PCB samo. napotkać wąskie gardła. Weźmy na przykład procesory i układy pamięci, ponieważ gęstość wewnętrznego okablowania w systemie w pakiecie może być znacznie większa niż gęstość okablowania PCB, aby rozwiązać problem wąskiego gardła systemu powodowanego przez szerokopasmowe linie PCB. Na przykład, ponieważ układ pamięci i układ procesora można połączyć ze sobą za pomocą otworów przelotowych, nie są one już ograniczone szerokością linii PCB, dzięki czemu można poprawić przepustowość danych w przepustowości interfejsu.

Wierzymy, że SiP to coś więcej niż tylko integracja chipów. SiP ma również zalety krótkiego cyklu rozwojowego; więcej funkcji; niższe zużycie energii, lepsza wydajność, niższa cena, mniejszy rozmiar i mniejsza waga. Podsumowanie jest następujące:

Analiza procesu SiP

Proces pakowania SIP można podzielić na pakowanie metodą drutową i klejenie typu flip-chip zgodnie z metodą połączenia między chipem a podłożem.

2.1. Proces pakowania metodą klejenia drutu

Główny proces pakowania metodą klejenia drutu jest następujący:

Wafel → Przerzedzanie wafla → Cięcie wafla → Klejenie matrycowe → Klejenie drutu → Czyszczenie plazmowe → Zalewanie płynną kapsułką → Zespół kulki lutowniczej → Lutowanie rozpływowe → Znakowanie powierzchni → Separacja → Kontrola końcowa → Testowanie → Pakowanie.

• przerzedzanie wafli

Przerzedzanie wafla oznacza mechaniczne lub chemiczno-mechaniczne (CMP) mielenie tylnej części wafla w celu rozrzedzenia wafla do poziomu odpowiedniego do pakowania. W miarę zwiększania się rozmiaru wafla, w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej wafla oraz zapobiegania odkształceniom i pękaniu podczas obróbki, zwiększa się jego grubość. Jednak wraz z rozwojem systemu w kierunku lekkich, cienkich i krótkich, grubość modułu po zapakowaniu chipów staje się coraz cieńsza. Dlatego przed pakowaniem grubość płytki musi zostać zmniejszona do akceptowalnego poziomu, aby spełnić wymagania montażu chipów.

• Cięcie wafli

Po przerzedzeniu wafla można go pokroić w kostkę. Starsze maszyny do krojenia w kostkę były obsługiwane ręcznie, a obecnie ogólne maszyny do krojenia w kostkę są w pełni zautomatyzowane. Niezależnie od tego, czy chodzi o częściowe rysowanie, czy całkowite dzielenie płytki, obecnie używa się brzeszczotu, ponieważ rysuje równe krawędzie z niewielką ilością wiórów i pęknięć.

• umrzeć, dołączyć

Pokrojone w kostkę chipsy są montowane na środkowych podkładkach ramy. Rozmiar podkładki powinien odpowiadać rozmiarowi chipa. Jeśli rozmiar podkładki będzie zbyt duży, rozpiętość przewodu będzie zbyt duża, a przewód zostanie wygięty, a wiór zostanie przesunięty w wyniku naprężenia generowanego przez przepływ podczas procesu formowania transferowego. Sposób mocowania można przylutować do podłoża lutem miękkim (dotyczy stopu Pb-Sn, szczególnie stopu zawierającego Sn), stopu eutektycznego Au-Si itp. W opakowaniach z tworzyw sztucznych najczęściej stosowaną metodą jest użycie kleju polimerowego. Klej przykleja się do metalowej ramy.

• klejenie drutu

Ołów stosowany w opakowaniu z tworzywa sztucznego to głównie drut złoty, a jego średnica wynosi zazwyczaj 0.025 mm ~ 0.032 mm. Długość przewodu wynosi zwykle od 1.5 mm do 3 mm, a wysokość łuku może być o 0.75 mm wyższa od płaszczyzny, w której znajduje się chip.

Techniki łączenia obejmują zgrzewanie termokompresyjne, zgrzewanie termodźwiękowe itp. Zaletami tych technik jest łatwość formowania sferycznego (tj. technologia kulek lutowniczych) i zapobieganie utlenianiu złotego drutu. Aby obniżyć koszty, bada się również inne druty metalowe, takie jak aluminium, miedź, srebro, pallad itp., w celu zastąpienia łączenia drutem złotym. Warunkiem zgrzewania na gorąco jest to, że dwie powierzchnie metalowe znajdują się w bliskim kontakcie, a czas, temperatura i ciśnienie są kontrolowane w celu połączenia obu metali. Szorstka powierzchnia (nierówna), tworzenie się warstwy tlenku lub zanieczyszczenie chemiczne, wchłanianie wilgoci itp. będą miały wpływ na efekt wiązania i zmniejszą siłę wiązania. Temperatura zgrzewania termokompresyjnego wynosi 300 ℃ ~ 400 ℃, a czas wynosi zazwyczaj 40 ms (zwykle plus procedury takie jak znalezienie pozycji łączenia, prędkość łączenia wynosi dwa druty na sekundę). Zaletą spawania ultradźwiękowego jest to, że pozwala uniknąć wysokich temperatur, ponieważ wykorzystuje wibracje ultradźwiękowe o częstotliwości 20 kHz ~ 60 kHz, aby zapewnić energię potrzebną do spawania, dzięki czemu można obniżyć temperaturę spawania. Jednoczesne wykorzystanie ciepła i energii ultradźwiękowej do łączenia nazywa się zgrzewaniem termodźwiękowym. W porównaniu ze zgrzewaniem termokompresyjnym największą zaletą zgrzewania termodźwiękowego jest obniżenie temperatury spajania z 350°C do około 250°C (niektórzy uważają, że można stosować warunki w zakresie 100°C~150°C), co może znacznie zmniejszyć temperaturę wiązania na podkładce aluminiowej. Możliwość tworzenia związków międzymetalicznych Au-Al, wydłużających żywotność urządzenia przy jednoczesnym zmniejszeniu dryftu parametrów obwodu. Poprawa łączenia drutów wynika głównie z konieczności stosowania coraz cieńszych opakowań, niektóre ultracienkie opakowania mają tylko około 0.4 mm. Dlatego pętla ołowiana (pętla) jest zmniejszona z ogólnych 200 μm ~ 300 μm do 100 μm ~ 125 μm, dzięki czemu napięcie ołowiu jest bardzo duże i bardzo ciasne. Ponadto na obwodzie płytek drucianych na podłożu znajdują się zwykle dwa pierścieniowe przewody zasilające/uziemiające. Aby zapobiec zwarciu z nim złotego drutu podczas klejenia, minimalna szczelina musi wynosić > 625 μm, a drut łączący musi charakteryzować się dużą liniowością. stopni i dobry łuk.

• Czyszczenie plazmowe

Jedną z ważnych funkcji czyszczenia jest poprawa przyczepności folii, np. osadzenie folii Au na podłożu Si i obróbka powierzchni węglowodorów i innych zanieczyszczeń plazmą Ar, co znacznie poprawia przyczepność Au. Powierzchnia podłoża po obróbce plazmowej pozostawi warstwę szarej substancji zawierającej fluor, którą można usunąć za pomocą roztworu. Jednoczesne czyszczenie pomaga również poprawić przyczepność i zwilżenie powierzchni.

• Zalewanie płynnym uszczelniaczem

Umieść uformowaną w formie wióra i połączoną drutem taśmę ramową, podgrzej wstępnie uformowany blok masy formierskiej w piecu do podgrzewania (temperatura podgrzewania wynosi od 90°C do 95°C), a następnie włóż ją do przenośnika w zbiorniku transferowym maszyny formierskiej. Pod ciśnieniem tłoka do formowania przetłoczeniowego masa formierska jest wytłaczana do wlewu i wtryskiwana do wnęki formy przez zasuwę (temperatura formy utrzymuje się w zakresie około 170°C do 175°C przez cały proces). Masa formierska szybko krzepnie w formie i po pewnym czasie utrzymywania ciśnienia moduł osiąga określoną twardość, po czym moduł zostaje wyrzucony wraz z kołkiem wypychacza i proces formowania zostaje zakończony. W przypadku większości mas formierskich po kilku minutach utrzymywania ciśnienia w formie moduł jest wystarczająco sztywny, aby umożliwić wyrzucenie, ale utwardzanie (polimeryzacja) polimeru nie jest w pełni zakończone. Ponieważ stopień polimeryzacji (stopień utwardzenia) materiału silnie wpływa na temperaturę zeszklenia i naprężenie termiczne materiału, bardzo ważne jest, aby zapewnić pełne utwardzenie materiału, aby osiągnąć stabilny stan, co jest bardzo ważne dla poprawy niezawodność urządzenia, a utwardzanie ma na celu poprawę masy formierskiej. Niezbędne etapy procesu dla stopnia polimeryzacji, ogólne warunki utwardzania to 170 ℃ ~ 175 ℃, 2 godziny ~ 4 godziny.

• Zalewanie płynnym uszczelniaczem

Obecnie w przemyśle stosowane są dwie metody mocowania kulek: „pasta lutownicza” + „kulka lutownicza” oraz „pasta topnikowa” + „kulka lutownicza”. Metoda montażu „pasta lutownicza” + „kulka cynowa” jest uznawana za najlepszą standardową metodę mocowania kulek w branży. Kulki osadzone tą metodą mają dobrą spawalność i połysk, a zjawisko przesunięcia kulek lutowniczych nie wystąpi podczas procesu topienia cyny. Łatwiej to kontrolować. Specyficzną metodą jest najpierw wydrukowanie pasty lutowniczej na podkładce BGA, a następnie użycie maszyny do mocowania kulek lub sitodruku w celu dodania kulek lutowniczych określonego rozmiaru. W tym momencie rolą pasty lutowniczej jest przyklejenie się do cyny. Podczas nagrzewania powierzchnia styku kulek lutowniczych jest większa, dzięki czemu kulki lutownicze nagrzewają się szybciej i bardziej kompleksowo, dzięki czemu kulki lutownicze po stopieniu mają lepszą lutowność z polami lutowniczymi i ograniczają możliwość wirtualnego lutowania.

• oznakowanie powierzchni

Oznaczenie to nieusuwalne i wyraźne litery i logo wydrukowane na górnej powierzchni zapakowanego modułu, zawierające informacje o producencie, kraju, kodzie urządzenia itp., służące głównie do identyfikacji i identyfikowalności. Sposobów kodowania jest wiele, wśród których najpowszechniej stosowana jest metoda kodowania, która obejmuje druk atramentowy oraz druk laserowy.

• oddzielny

W celu poprawy efektywności produkcji i oszczędności materiałów większość prac montażowych SIP wykonywana jest w formie zestawień macierzowych, które po zakończeniu procesu formowania i testowania dzielone są na poszczególne urządzenia. Podziału można dokonać poprzez piłowanie lub stemplowanie. Proces piłowania jest bardziej elastyczny i nie wymaga wielu specjalnych narzędzi. Proces tłoczenia charakteryzuje się wyższą wydajnością produkcji i niższym kosztem, ale wymaga użycia specjalnych narzędzi.

2.2. Proces spawania typu flip-chip

W porównaniu z procesem łączenia drutu, proces flip chip ma następujące zalety:

(1) Technologia spawania typu flip-chip rozwiązuje problem ograniczenia odległości od środka podkładek łączących drut;

(2) Zapewnia większą wygodę projektantom elektroniki w projektowaniu dystrybucji zasilania/masy w chipie;

(3) Skrócenie długości połączenia i zmniejszenie opóźnienia RC zapewnia pełniejszy sygnał dla urządzeń o wysokiej częstotliwości i dużej mocy;

(4) Doskonała wydajność cieplna, z tyłu chipa można zainstalować grzejnik;

(5) Wysoka niezawodność, dzięki działaniu wypełniacza pod wiórem, zwiększona jest trwałość zmęczeniowa opakowania;

(6) Łatwe do naprawy.

Poniżej przedstawiono przebieg procesu łączenia typu flip chip (ten sam proces, co łączenie drutem, nie będzie opisywany osobno): płytka → redystrybucja podkładki → pocienianie płytki, tworzenie wypukłości → cięcie płytki → łączenie typu flip chip, niedopełnienie → hermetyzacja → kulki lutownicze montażowe → Lutowanie rozpływowe → Znakowanie powierzchni → Separacja → Kontrola końcowa → Testowanie → Pakowanie.

• Redystrybucja padów

Aby zwiększyć podziałkę wyprowadzeń i spełnić wymagania procesu klejenia typu flip-chip, konieczne jest ponowne rozmieszczenie wyprowadzeń chipa.

• robić guzy

Po zakończeniu redystrybucji podkładek należy dodać nierówności do podkładek na chipie. Techniki wytwarzania guzków lutowniczych mogą obejmować galwanizację, powlekanie bezprądowe, odparowywanie, umieszczanie kulek i drukowanie pasty lutowniczej. Obecnie najpowszechniej stosowana jest metoda galwaniczna, a w dalszej kolejności metoda drukowania pastą lutowniczą.

• Klejenie typu flip-chip, niedopełnienie

Po ułożeniu wybrzuszeń lutowniczych na całej powierzchni spajania wiórów w kształcie siatki, chip mocuje się na podłożu opakowania w sposób odwrócony i uzyskuje się połączenie elektryczne poprzez wybrzuszenia i przekładki na podłożu, zastępując WB i TAB. metoda połączenia. Po połączeniu typu flip-chip wypełnienie żywicą epoksydową pomiędzy chipem a podłożem może zmniejszyć naprężenia termiczne i mechaniczne wywierane na nierówności oraz poprawić niezawodność o 1 do 2 rzędów wielkości w porównaniu z brakiem wypełnienia.

SiP - dla aplikacji

3.1. Główne obszary zastosowań

Zastosowanie SiP jest bardzo szerokie i obejmuje głównie: komunikację bezprzewodową, elektronikę samochodową, elektronikę medyczną, komputery, itp.

Najpowszechniej stosowana dziedzina komunikacji bezprzewodowej. Zastosowanie SiP w dziedzinie komunikacji bezprzewodowej jest najwcześniejsze i zarazem najpowszechniej stosowane. W dziedzinie komunikacji bezprzewodowej wymagania dotyczące funkcjonalnej wydajności transmisji, hałasu, objętości, wagi i kosztu są coraz wyższe, zmuszając komunikację bezprzewodową do rozwoju w kierunku taniej, przenośnej, wielofunkcyjnej i wysokiej wydajności. SiP to idealne rozwiązanie, które łączy w sobie zalety istniejących zasobów rdzenia i procesów produkcji półprzewodników, zmniejsza koszty i skraca czas wprowadzenia produktu na rynek, jednocześnie pokonując trudności w SOC, takie jak kompatybilność procesów, mieszanie sygnałów, zakłócenia szumów i zakłócenia elektromagnetyczne. Wzmacniacz mocy częstotliwości radiowej w telefonie komórkowym integruje funkcje wzmacniacza mocy częstotliwości radiowej, kontroli mocy i przełącznika nadawczo-odbiorczego, które są całkowicie rozwiązane w SiP.

Elektronika samochodowa jest ważnym scenariuszem zastosowań SiP. Stopniowo zwiększa się liczba zastosowań SiP w elektronice samochodowej. Biorąc za przykład jednostkę sterującą silnika (ECU), ECU składa się z mikroprocesora (CPU), pamięci (ROM, RAM), interfejsu wejścia/wyjścia (I/O), przetwornika analogowo-cyfrowego (A/D) , a także kompozycja układów scalonych na dużą skalę. Różne typy chipów podlegają różnym procesom. Obecnie SiP jest często używany do integracji chipów w kompletny system sterowania. Ponadto w samochodach układ przeciwblokujący (ABS), układ kontroli wtrysku paliwa, układ elektroniczny poduszki powietrznej, układ sterowania kierownicą, układ alarmowy niskiego ciśnienia w oponach i inne zespoły, rośnie również zastosowanie SiP. Ponadto technologia SIP została również z powodzeniem zastosowana w szybko rozwijających się pokładowych systemach biurowych i systemach rozrywkowych.

Elektronika medyczna wymaga połączenia niezawodności i niewielkich rozmiarów z funkcjonalnością i trwałością. Typowymi zastosowaniami w tej dziedzinie są wszczepialne elektroniczne urządzenia medyczne, takie jak endoskopy kapsułkowe. Endoskop składa się z soczewki optycznej, układu przetwarzającego obraz, nadajnika sygnału o częstotliwości radiowej, anteny i baterii. Układ przetwarzający obraz jest układem cyfrowym, nadajnik sygnału częstotliwości radiowej jest układem analogowym, a antena jest urządzeniem pasywnym. Spakowanie tych urządzeń w SiP doskonale spełnia wymagania dotyczące wydajności i miniaturyzacji.

Zastosowanie SiP w dziedzinie komputerów wynika głównie z integracji procesora i pamięci. Biorąc na przykład procesor graficzny, zwykle obejmuje on układ graficzny i pamięć SDRAM. Te dwie metody pakowania nie są takie same. Obliczenia graficzne są umieszczone w standardowej obudowie wielochipowej z plastikowymi kulkami, która nie jest odpowiednia dla pamięci SDRAM. Dlatego konieczne jest osobne pakowanie obu rodzajów chipów, a następnie pakowanie ich razem w postaci SiP.

SiP ma również wiele zastosowań w innych urządzeniach elektroniki użytkowej, takich jak ISP (układ przetwarzania obrazu), układ Bluetooth i tak dalej. ISP jest podstawowym elementem aparatów cyfrowych, skanerów, aparatów fotograficznych, zabawek i innych produktów elektronicznych. Konwertuje sygnały optyczne na sygnały cyfrowe poprzez konwersję fotoelektryczną, a następnie realizuje przetwarzanie, wyświetlanie i przechowywanie obrazu. Czujniki obrazu obejmują szereg różnych typów komponentów, takich jak matryce CCD, CMOS, stykowe czujniki obrazu, układy ładowania ładunku, matryce diod optycznych, czujniki z krzemu amorficznego itp. Technologia SiP jest niewątpliwie idealnym rozwiązaniem w zakresie technologii pakowania.

System Bluetooth składa się zazwyczaj z części bezprzewodowej, części sterującej łączem, części wspomagającej zarządzanie łączem i głównego interfejsu terminala. Technologia SiP może sprawić, że Bluetooth będzie coraz mniejszy, aby sprostać potrzebom rynku, aktywnie promując w ten sposób zastosowanie technologii Bluetooth. SiP uzupełnia wszystkie komponenty (radio, procesor pasma podstawowego, ROM, filtry i inne oddzielne komponenty) wymagane do zintegrowania funkcjonalności technologii bezprzewodowej Bluetooth w bardzo małej obudowie.

Produkty elektroniczne charakteryzują się wysoką wydajnością, miniaturyzacją, wieloma odmianami i małymi partiami. Technologia SiP jest zgodna z wymaganiami aplikacji elektroniki, więc ma szeroki rynek aplikacji i perspektywy rozwoju w tej dziedzinie technicznej. 

3.2.SiP - dostosowany do smartfonów

Wycieńczenie i lekkość telefonów komórkowych spowodowały wzrost zapotrzebowania na SiP. Telefony komórkowe są największym rynkiem dla branży opakowań SiP. W miarę jak smartfony stają się cieńsze i lżejsze, zapotrzebowanie na SiP w naturalny sposób będzie rosło. W latach 2011-2015 grubość telefonów komórkowych różnych marek była stale zmniejszana. Rozcieńczanie w sposób naturalny stawia coraz większe wymagania co do grubości montowanych elementów. Biorąc za przykład iPhone'a 6s, użycie PCB zostało znacznie ograniczone, a wiele komponentów chipowych zostanie zaimplementowanych w modułach SiP. Jeśli chodzi o iPhone'a 8, może to być pierwszy telefon komórkowy Apple korzystający z SiP. Oznacza to, że z jednej strony iPhone 8 może być cieńszy i lżejszy, a z drugiej strony znajdzie się w nim więcej miejsca na inne moduły funkcjonalne, takie jak mocniejsze aparaty, głośniki i akumulatory.

Spójrz na aplikacje SiP z produktów Apple. Apple to firma, która z dużym optymizmem podchodzi do aplikacji SiP. Firma Apple korzystała już wcześniej z opakowań SiP w zegarku Apple Watch.

Oprócz zegarków stopniowo zwiększa się także liczba SiP stosowanych w telefonach komórkowych Apple. Na liście znajdują się: chip dotykowy, chip identyfikacyjny odcisków palców, RFPA i tak dalej.

dotykowy chip. W iPhonie 6 znajdują się dwa chipy dotykowe, dostarczane odpowiednio przez Broadcom i TI, podczas gdy w modelu 6S oba są zamknięte w tym samym opakowaniu, aby zrealizować pakiet SiP. W przyszłości cały TDDI zostanie jeszcze bardziej zamknięty. W iPhonie 3s pokazano nową generację technologii 6D Touch. Wykrywanie dotyku może przeniknąć przez powłokę materiału izolacyjnego i ocenić działanie dotykowe ludzkiego palca, wykrywając zmianę napięcia wywołaną przez ludzki palec, aby realizować różne funkcje. Układ dotykowy ma zbierać wartość napięcia punktu styku, po przetworzeniu przekształcać te sygnały napięcia elektrody na sygnały współrzędnych i sterować telefonem komórkowym, aby reagował na odpowiednie funkcje zgodnie z sygnałami współrzędnych, aby zrealizować swoją funkcję sterującą. Pojawienie się 3D Touch postawiło wyższe wymagania dotyczące możliwości przetwarzania i wydajności modułu dotykowego. Jego złożona struktura wymaga montażu chipa dotykowego z SiP, a funkcja dotykowego sprzężenia zwrotnego zwiększa jego łatwość obsługi.

Rozpoznawanie linii papilarnych wykorzystuje również pakiet SiP. Czujnik i układ sterujący są ze sobą spakowane, a podobną technologię zastosowano od czasów iPhone'a 5.

Moduł RFPA. RFPA w telefonach komórkowych jest najczęściej stosowaną formą SiP. iPhone 6S nie jest wyjątkiem. W iPhonie 6S znajduje się wiele układów RFPA, z których wszystkie korzystają z SiP.

Zgodnie ze zwyczajem Apple wszystkie dojrzałe technologie zostaną przekazane następnej generacji. Oceniamy, że nadchodzący Apple iPhone 7 będzie w większym stopniu korzystał z technologii SiP, podczas gdy przyszłe iPhone 7s i iPhone 8 będą bardziej wszechstronne i w większym stopniu będą korzystać z technologii SiP. kompresować przestrzeń wewnętrzną.

Formularz pakietu SIP

Technologia pakowania SIP wykorzystuje różnorodne gołe chipy lub moduły, które należy ułożyć i zmontować. Jeśli wyróżnimy układ, można go z grubsza podzielić na opakowanie płaskie 2D i strukturę opakowania 3D. W porównaniu z pakowaniem 2D, zastosowanie technologii pakowania sztaplowanego 3D może zwiększyć liczbę stosowanych wafli lub modułów, zwiększając w ten sposób liczbę warstw, w których można umieścić wafle w kierunku pionowym, i jeszcze bardziej zwiększając możliwości integracji funkcjonalnej technologii SIP. Technologia łączenia wewnętrznego może obejmować proste łączenie drutowe (Wire Bonding), łączenie typu flip chip (Flip Chip) lub kombinację obu.

Na podstawie obecnego w branży rozróżnienia na typ projektu i strukturę SIP, SIP można podzielić na trzy kategorie.

2D SIP

Ten rodzaj opakowania polega na pakowaniu chipsów jeden po drugim w trybie dwuwymiarowym w korpus opakowania na tym samym podłożu opakowaniowym.

Ułożone SIP-y

Ten rodzaj opakowania to opakowanie, które fizycznie integruje dwa lub więcej stosów chipów w jednym opakowaniu.

3D SIP

Ten rodzaj opakowania opiera się na opakowaniu 2D, w którym chipsy wielokrotne, chipsy opakowane, multi-chipy, a nawet wafle są układane w stosy i łączone ze sobą, tworząc trójwymiarowe opakowanie. Struktura ta nazywana jest również ułożonym w stos opakowaniem 3D.

Dodatkowo oprócz struktur opakowań 2D i 3D można zastosować także metodę integrowania komponentów na wielofunkcyjnym podłożu – w wielofunkcyjnym podłożu osadzane są różne komponenty, aby osiągnąć cel integracji funkcjonalnej. Różne układy chipów w połączeniu z różnymi technologiami spajania wewnętrznego sprawiają, że pakiety SIP tworzą różnorodne kombinacje i mogą być dostosowywane lub elastycznie produkowane zgodnie z potrzebami klientów lub produktów.

Trudności techniczne SIP

Główną formą pakowania SIP jest BGA, ale to nie znaczy, że opanowałeś technologię SIP z tradycyjną zaawansowaną technologią pakowania.

W przypadku projektowania obwodów trójwymiarowy pakiet chipów będzie miał wiele stosów matryc, tak złożony projekt opakowania spowoduje wiele problemów: takich jak integracja wielu chipów w jednym opakowaniu, sposób układania chipów; Podłoże warstwowe, trudno jest wytyczyć ślady tradycyjnymi narzędziami; istnieją również problemy, takie jak odstępy między ścieżkami, projekt o równej długości i projekt pary różnicowej.  

Ponadto wraz ze wzrostem złożoności modułu i wzrostem częstotliwości roboczej (częstotliwości zegara lub częstotliwości nośnej) stopień trudności w projektowaniu systemu będzie nadal rósł. Oprócz niezbędnego doświadczenia projektowego niezbędna jest również numeryczna symulacja wydajności systemu. link do projektu.