Công nghệ hệ thống trong gói (SIP) đã được đề xuất từ ​​đầu những năm 1990 cho đến nay. Sau hơn mười năm phát triển, nó đã được giới học thuật và ngành công nghiệp chấp nhận rộng rãi, đồng thời trở thành một trong những điểm nóng mới trong nghiên cứu công nghệ điện tử và là một trong những hướng ứng dụng kỹ thuật chính. Anh cũng tin rằng mình đại diện cho hướng phát triển tương lai của công nghệ điện tử. Là một phần quan trọng của công nghệ đóng gói SIP, công nghệ đóng gói SIP đã có những tiến bộ vượt bậc trong quá trình đổi mới liên tục trong những năm qua và dần hình thành hệ thống kỹ thuật của riêng mình, xứng đáng được tham gia vào các ngành công nghệ liên quan. Các kỹ thuật viên và học giả tiến hành nghiên cứu và nghiên cứu. Từ góc độ công nghệ đóng gói, bài viết giới thiệu chi tiết về quá trình sản xuất bao bì SIP, đồng thời thảo luận chi tiết những điểm chính trong quy trình của nó.

Theo định nghĩa của Tổ chức Tuyến bán dẫn Quốc tế (ITRS): SiP là một thiết bị duy nhất ưu tiên lắp ráp nhiều linh kiện điện tử chủ động với các chức năng khác nhau và các thiết bị thụ động tùy chọn, cũng như các thiết bị khác như MEMS hoặc thiết bị quang học, để đạt được hiệu suất nhất định. chức năng. Các gói tiêu chuẩn tạo thành một hệ thống hoặc hệ thống con.

Về mặt kiến ​​trúc, SiP tích hợp nhiều loại chip chức năng, bao gồm bộ xử lý, bộ nhớ và các chip chức năng khác trong một gói, để đạt được chức năng cơ bản hoàn chỉnh. Tương ứng với SOC (hệ thống trên chip). Sự khác biệt là hệ thống trong gói là phương pháp đóng gói trong đó các chip khác nhau được sử dụng cạnh nhau hoặc xếp chồng lên nhau, trong khi SOC là sản phẩm chip tích hợp cao.

1.1. Nhiều Moore VS Nhiều hơn Moore——So sánh SoC và SiP

SiP là một con đường hiện thực hóa quan trọng ngoài Định luật Moore. Định luật Moore nổi tiếng đã phát triển đến giai đoạn hiện nay, nó đi đến đâu? Có hai con đường trong ngành: một là tiếp tục phát triển theo Định luật Moore. Các sản phẩm đi theo con đường này bao gồm CPU, bộ nhớ, thiết bị logic, v.v. Những sản phẩm này chiếm 50% toàn bộ thị trường. Con đường còn lại là con đường More than Moore vượt qua Định luật Moore. Sự phát triển của chip đã chuyển từ việc theo đuổi mù quáng việc giảm mức tiêu thụ điện năng và cải thiện hiệu suất sang một cách tiếp cận thực tế hơn để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Các sản phẩm trong lĩnh vực này bao gồm thiết bị analog/RF, thiết bị thụ động, thiết bị quản lý nguồn, v.v., chiếm khoảng 50% thị trường còn lại.

Đối với hai con đường này, hai sản phẩm đã ra đời: SoC và SiP. SoC là sản phẩm của Định luật Moore tiếp tục đi xuống và SiP là con đường quan trọng để đạt được ngoài Định luật Moore. Cả hai đều là những sản phẩm cho phép thu nhỏ và thu nhỏ hệ thống ở cấp độ chip.

SoC và SIP rất giống nhau ở chỗ cả hai đều tích hợp một hệ thống bao gồm các thành phần logic, thành phần bộ nhớ và thậm chí cả các thành phần thụ động thành một đơn vị. SoC xuất phát từ quan điểm thiết kế, tức là tích hợp các thành phần mà hệ thống yêu cầu vào một con chip duy nhất. SiP là phương pháp đóng gói trong đó các chip khác nhau được đặt cạnh nhau hoặc xếp chồng lên nhau theo quan điểm đóng gói và nhiều linh kiện điện tử hoạt động với các chức năng khác nhau và các thiết bị thụ động tùy chọn cũng như các thiết bị khác như MEMS hoặc thiết bị quang học được ưu tiên lắp ráp lại với nhau . , một gói tiêu chuẩn duy nhất thực hiện một chức năng nhất định.

Về mặt tích hợp, nhìn chung SoC chỉ tích hợp các hệ thống logic như AP, trong khi SiP tích hợp AP+mobile DDR. Ở một mức độ nào đó, SIP=SoC+DDR. Khi khả năng tích hợp ngày càng cao hơn trong tương lai, emmc cũng có khả năng được tích hợp vào SiP.

Từ góc độ phát triển bao bì, SoC đã được xác định là chìa khóa và hướng phát triển của thiết kế sản phẩm điện tử trong tương lai do yêu cầu của sản phẩm điện tử về khối lượng, tốc độ xử lý hoặc đặc tính điện. Tuy nhiên, với chi phí sản xuất SoC ngày càng tăng trong những năm gần đây và những trở ngại kỹ thuật thường xuyên, sự phát triển của SoC đang gặp phải trở ngại và việc phát triển SiP ngày càng được ngành chú ý nhiều hơn.

1.2. SiP - con đường lựa chọn tất yếu ngoài Định luật Moore

Định luật Moore đảm bảo sự cải tiến liên tục về hiệu suất của chip. Như chúng ta đã biết, Định luật Moore chính là “Kinh thánh” cho sự phát triển của ngành bán dẫn. Trên chất bán dẫn gốc silicon, kích thước tính năng của bóng bán dẫn giảm một nửa và hiệu suất tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng. Đồng thời, cải thiện hiệu suất, nó giúp giảm chi phí, khiến các nhà sản xuất chất bán dẫn có đủ động lực để hiện thực hóa việc giảm kích thước tính năng bán dẫn. Trong số đó, chip xử lý và chip nhớ là hai loại chip tuân theo Định luật Moore nhiều nhất. Lấy Intel làm ví dụ, mỗi thế hệ sản phẩm đều tuân theo Định luật Moore một cách hoàn hảo. Ở cấp độ chip, Định luật Moore khuyến khích sự tiến bộ liên tục về hiệu suất.

Bo mạch PCB không tuân theo Định luật Moore và là nút thắt cổ chai cho việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Tương ứng với việc kích thước chip liên tục bị thu hẹp, bo mạch PCB không có nhiều thay đổi trong những năm qua. Ví dụ, độ rộng đường truyền tối thiểu tiêu chuẩn của bo mạch chủ PCB là 3 triệu (khoảng 75 um) cách đây mười năm và ngày nay nó vẫn là 3 triệu, không có nhiều cải thiện. Xét cho cùng, PCB không tuân theo Định luật Moore. Do hạn chế của PCB, việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống đã gặp phải tình trạng tắc nghẽn. Ví dụ: do chiều rộng vết PCB không thay đổi nên mật độ nối dây giữa bộ xử lý và bộ nhớ cũng không đổi. Nói cách khác, số lượng dây dẫn giữa bộ xử lý và bộ nhớ sẽ không thay đổi đáng kể nếu không thay đổi kích thước của gói bộ xử lý và bộ nhớ. Băng thông bộ nhớ bằng độ rộng bit giao diện bộ nhớ nhân với tần số hoạt động của giao diện bộ nhớ. Độ rộng bit đầu ra bộ nhớ bằng số lượng kết nối giữa bộ xử lý và bộ nhớ. Trong mười năm qua, 64bit không thay đổi do hạn chế của công nghệ bảng mạch PCB. Do đó, nếu muốn tăng băng thông bộ nhớ, bạn chỉ có thể tăng tần số hoạt động của giao diện bộ nhớ. Điều này hạn chế việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

SIP là người thắng kẻ thua trong việc giải quyết những xiềng xích của hệ thống. Đóng gói nhiều chip bán dẫn và thiết bị thụ động trong cùng một chip để tạo thành chip cấp hệ thống, thay vì sử dụng bo mạch PCB làm chất mang giữa kết nối giữa các chip mang, điều này có thể giải quyết hiệu suất hệ thống do những thiếu sót cố hữu của PCB chính nó. gặp phải những điểm nghẽn. Lấy bộ xử lý và chip bộ nhớ làm ví dụ, vì mật độ nối dây bên trong gói hệ thống có thể cao hơn nhiều so với mật độ nối dây PCB, để giải quyết tình trạng tắc nghẽn hệ thống do băng thông rộng của đường PCB gây ra. Ví dụ: vì chip bộ nhớ và chip xử lý có thể được kết nối với nhau bằng các lỗ thông nhau nên chúng không còn bị giới hạn bởi độ rộng đường PCB, do đó băng thông dữ liệu có thể được cải thiện trong băng thông giao diện.

Chúng tôi tin rằng SiP không chỉ đơn giản là tích hợp các chip lại với nhau. SiP còn có ưu điểm là chu kỳ phát triển ngắn; nhiều chức năng hơn; tiêu thụ điện năng thấp hơn, hiệu suất tốt hơn, giá thành thấp hơn, kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Tóm tắt như sau:

Phân tích quy trình SiP

Quá trình đóng gói SIP có thể được chia thành bao bì liên kết dây và liên kết chip lật theo phương thức kết nối giữa chip và chất nền.

2.1. Quy trình đóng gói liên kết dây

Quy trình chính của quy trình đóng gói liên kết dây như sau:

Tấm wafer → Làm mỏng tấm wafer → Cắt tấm wafer → Liên kết khuôn → Liên kết dây → Làm sạch bằng plasma → Đổ chất đóng gói chất lỏng → Lắp ráp bóng hàn → Hàn lại → Đánh dấu bề mặt → Tách → Kiểm tra lần cuối → Kiểm tra → Đóng gói.

• làm mỏng wafer

Làm mỏng tấm wafer là quá trình mài cơ học hoặc cơ học hóa học (CMP) từ mặt sau của tấm wafer để làm mỏng tấm wafer đến mức phù hợp cho việc đóng gói. Khi kích thước của wafer ngày càng lớn hơn, độ dày của nó ngày càng tăng để tăng độ bền cơ học của wafer và ngăn ngừa biến dạng và nứt trong quá trình xử lý. Tuy nhiên, với sự phát triển của hệ thống theo hướng nhẹ, mỏng và ngắn, độ dày của module sau khi đóng gói chip ngày càng mỏng hơn. Vì vậy, độ dày của wafer phải được giảm xuống mức chấp nhận được trước khi đóng gói để đáp ứng yêu cầu lắp ráp chip.

• Cắt wafer

Sau khi wafer được làm mỏng, nó có thể được cắt hạt lựu. Các máy thái cũ hơn được vận hành thủ công và hiện nay các máy thái hạt lựu thông thường đã hoàn toàn tự động. Dù là vạch vạch một phần hay chia đôi hoàn toàn tấm bán dẫn, lưỡi cưa hiện đang được sử dụng vì nó vẽ các cạnh gọn gàng, ít sứt mẻ và vết nứt.

• chết đính kèm

Các con chip thái hạt lựu được gắn trên miếng đệm giữa của khung. Kích thước của miếng đệm phải phù hợp với kích thước của chip. Nếu kích thước của miếng đệm quá lớn, khoảng cách chì sẽ quá lớn, chì sẽ bị uốn cong và chip sẽ bị dịch chuyển do ứng suất do dòng chảy tạo ra trong quá trình đúc chuyển. Phương pháp lắp có thể được hàn vào đế bằng vật liệu hàn mềm (ám chỉ hợp kim Pb-Sn, đặc biệt là hợp kim có chứa Sn), hợp kim eutectic Au-Si, v.v. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong bao bì nhựa là sử dụng chất kết dính polymer. Chất kết dính được dán vào khung kim loại.

• sự nối bằng dây dẫn

Chì được sử dụng trong bao bì nhựa chủ yếu là dây vàng và đường kính của nó thường là 0.025mm ~ 0.032mm. Chiều dài của dây dẫn thường từ 1.5 mm đến 3 mm và chiều cao của vòng cung có thể cao hơn 0.75 mm so với mặt phẳng nơi đặt chip.

Các kỹ thuật liên kết bao gồm hàn nén nhiệt, hàn nhiệt âm, v.v. Ưu điểm của các kỹ thuật này là dễ tạo hình cầu (tức là công nghệ hàn bi) và ngăn chặn quá trình oxy hóa dây vàng. Để giảm giá thành, các dây kim loại khác như nhôm, đồng, bạc, palladium, v.v. cũng đang được nghiên cứu để thay thế liên kết dây vàng. Điều kiện của hàn áp suất nóng là hai bề mặt kim loại tiếp xúc gần nhau, thời gian, nhiệt độ và áp suất được kiểm soát để hai kim loại kết nối với nhau. Bề mặt gồ ghề (không đồng đều), hình thành lớp oxit hoặc nhiễm bẩn hóa chất, hấp thụ độ ẩm, v.v. sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả liên kết và làm giảm độ bền liên kết. Nhiệt độ hàn nén nhiệt là 300oC ~ 400oC và thời gian thường là 40ms (thông thường, cộng với các quy trình như tìm vị trí liên kết, tốc độ liên kết là hai dây mỗi giây). Ưu điểm của hàn siêu âm là có thể tránh được nhiệt độ cao, vì nó sử dụng rung siêu âm 20kHz ~ 60kHz để cung cấp năng lượng cần thiết cho hàn nên có thể hạ nhiệt độ hàn. Việc sử dụng đồng thời năng lượng nhiệt và siêu âm để liên kết được gọi là hàn nhiệt âm. So với hàn nén nhiệt, ưu điểm lớn nhất của hàn nhiệt âm là giảm nhiệt độ liên kết từ 350°C xuống khoảng 250°C (một số người cho rằng có thể sử dụng điều kiện 100°C ~ 150°C), điều này có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ liên kết trên tấm nhôm. Khả năng hình thành các hợp chất liên kim loại Au-Al, kéo dài tuổi thọ thiết bị đồng thời giảm độ lệch tham số mạch. Sự cải thiện về liên kết dây chủ yếu là do nhu cầu về các gói hàng ngày càng mỏng hơn, một số gói siêu mỏng chỉ có khoảng 0.4mm. Do đó, vòng chì (vòng lặp) giảm từ mức chung 200 μm ~ 300 μm xuống còn 100 μm ~ 125 μm, do đó độ căng của dây dẫn rất lớn và rất chặt. Ngoài ra, thường có hai dây nguồn/dây nối đất hình khuyên ở ngoại vi của các miếng dây trên đế. Để ngăn dây vàng bị đoản mạch trong quá trình liên kết, khe hở tối thiểu phải > 625 μm và dây liên kết phải có độ tuyến tính cao. độ và một vòng cung tốt.

• Làm sạch bằng plasma

Một trong những chức năng quan trọng của việc làm sạch là cải thiện độ bám dính của màng, chẳng hạn như lắng đọng màng Au trên đế Si và xử lý bề mặt hydrocarbon và các chất gây ô nhiễm khác bằng plasma Ar, giúp cải thiện đáng kể độ bám dính của Au. Bề mặt nền sau khi xử lý bằng plasma sẽ để lại một lớp chất màu xám chứa florua, có thể loại bỏ bằng dung dịch. Việc làm sạch đồng thời còn giúp cải thiện độ bám dính và làm ướt bề mặt.

• Chất trám kín bầu

Đặt băng khung được gắn chip và liên kết bằng dây vào khuôn, làm nóng khối hợp chất đúc được tạo hình sẵn trong lò nung nóng trước (nhiệt độ làm nóng trước là từ 90°C đến 95°C), sau đó đưa nó vào máy chuyển. trong thùng chuyển của máy đúc. Dưới áp suất của piston đúc chuyển, hợp chất đúc được ép đùn vào máy chạy và được bơm vào khoang khuôn qua cổng (nhiệt độ khuôn được duy trì ở khoảng 170°C đến 175°C trong suốt quá trình). Hợp chất đúc được đông cứng nhanh chóng trong khuôn và sau một thời gian giữ áp suất, mô-đun đạt đến độ cứng nhất định, sau đó mô-đun được đẩy ra bằng chốt đẩy và quá trình đúc hoàn tất. Đối với hầu hết các hợp chất đúc, sau vài phút giữ áp suất trong khuôn, mô-đun đủ cứng để cho phép phun ra, nhưng quá trình đóng rắn (polyme hóa) của polyme chưa hoàn toàn hoàn thành. Do mức độ trùng hợp (mức độ đóng rắn) của vật liệu ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ chuyển thủy tinh và ứng suất nhiệt của vật liệu, điều quan trọng là phải thúc đẩy vật liệu được xử lý hoàn toàn để đạt được trạng thái ổn định, điều này rất quan trọng để cải thiện độ tin cậy của thiết bị và quá trình xử lý sau là để cải thiện hợp chất đúc. Các bước quy trình cần thiết cho mức độ trùng hợp, các điều kiện sau xử lý chung là 170oC ~ 175oC, 2h ~ 4h.

• Chất trám kín bầu

Hiện nay, có hai phương pháp lắp bóng được sử dụng trong ngành: "dán hàn" + "bóng hàn" và "dán thông lượng" + "bóng hàn". Phương pháp lắp "hàn dán" + "bóng thiếc" được công nhận là phương pháp lắp bi tiêu chuẩn tốt nhất trong ngành. Các viên bi được trồng bằng phương pháp này có khả năng hàn và độ bóng tốt, không xảy ra hiện tượng lệch bi hàn trong quá trình nấu thiếc. Nó dễ dàng hơn để kiểm soát. Phương pháp cụ thể là trước tiên in miếng dán hàn lên miếng BGA, sau đó sử dụng máy lắp bóng hoặc in lụa để thêm một kích thước nhất định của bóng hàn. Lúc này, vai trò của kem hàn là bám vào thiếc. Khi nung nóng, bề mặt tiếp xúc của các bi hàn lớn hơn, nhờ đó các bi hàn được làm nóng nhanh hơn và toàn diện hơn, nhờ đó các bi hàn có khả năng hàn tốt hơn với các miếng hàn sau khi tan chảy và giảm khả năng hàn ảo.

• đánh dấu bề mặt

Đánh dấu là các chữ cái và logo không thể xóa và rõ ràng được in trên bề mặt trên của mô-đun đóng gói, bao gồm thông tin của nhà sản xuất, quốc gia, mã thiết bị, v.v., chủ yếu để nhận dạng và truy xuất nguồn gốc. Có nhiều cách mã hóa, trong đó cách được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp mã hóa, bao gồm in mực và in laser.

• riêng biệt

Để nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm nguyên liệu, hầu hết công việc lắp ráp SIP được thực hiện theo hình thức tổ hợp mảng, được chia thành các thiết bị riêng lẻ sau khi hoàn tất quá trình đúc khuôn và thử nghiệm. Việc phân chia có thể được thực hiện bằng cách cưa hoặc dập. Quá trình cưa linh hoạt hơn và không cần nhiều dụng cụ đặc biệt. Quá trình dập có hiệu quả sản xuất cao hơn và chi phí thấp hơn, nhưng đòi hỏi phải sử dụng các công cụ đặc biệt.

2.2. Quy trình hàn chip lật

So với quy trình liên kết dây, quy trình chip lật có những ưu điểm sau:

(1) Công nghệ hàn chip lật khắc phục được vấn đề giới hạn khoảng cách tâm của các miếng liên kết dây;

(2) Nó mang lại sự thuận tiện hơn cho các nhà thiết kế điện tử trong thiết kế phân phối nguồn/nối đất của chip;

(3) Bằng cách rút ngắn độ dài kết nối và giảm độ trễ RC, nó cung cấp tín hiệu đầy đủ hơn cho các thiết bị tần số cao và công suất cao;

(4) Hiệu suất nhiệt tuyệt vời, bộ tản nhiệt có thể được lắp đặt ở mặt sau chip;

(5) Độ tin cậy cao, do hoạt động của chất độn dưới chip, tuổi thọ mỏi của gói được nâng cao;

(6) Dễ sửa chữa.

Sau đây là quy trình liên kết chip lật (quy trình tương tự như liên kết dây sẽ không được mô tả riêng): wafer → phân phối lại miếng đệm → làm mỏng wafer, tạo vết lõm → cắt wafer → liên kết chip lật, Underfill→Encapsulation→Assembly Solder Balls→ Hàn lại → Đánh dấu bề mặt → Tách → Kiểm tra lần cuối → Kiểm tra → Đóng gói.

• Phân phối lại pad

Để tăng cường độ dây dẫn và đáp ứng các yêu cầu của quá trình liên kết chip lật, cần phải phân phối lại các dây dẫn của chip.

• làm va chạm

Sau khi quá trình phân phối lại miếng đệm hoàn tất, các vết va chạm cần được thêm vào các miếng đệm trên chip. Các kỹ thuật chế tạo vết hàn có thể là mạ điện, mạ điện phân, bay hơi, đặt bi và in dán hàn. Hiện nay, phương pháp mạ điện vẫn được sử dụng rộng rãi nhất, tiếp theo là phương pháp in hàn dán.

• Liên kết flip-chip, điền đầy

Sau khi các mối hàn được sắp xếp trên toàn bộ bề mặt liên kết chip theo hình mảng lưới, chip được gắn trên đế gói theo cách đảo ngược và kết nối điện đạt được thông qua các va chạm và các miếng đệm trên đế, thay thế WB và TAB. phương pháp kết nối. Sau khi liên kết chip lật, việc lấp đầy nhựa epoxy giữa chip và chất nền có thể làm giảm ứng suất nhiệt và ứng suất cơ học tác dụng lên các va đập, đồng thời cải thiện độ tin cậy từ 1 đến 2 bậc độ lớn so với việc không trám.

SiP - dành cho ứng dụng

3.1. Các lĩnh vực ứng dụng chính

Ứng dụng của SiP rất rộng rãi, chủ yếu bao gồm: truyền thông không dây, điện tử ô tô, điện tử y tế, máy tính, v.v.

Lĩnh vực truyền thông không dây được sử dụng rộng rãi nhất. Ứng dụng của SiP trong lĩnh vực truyền thông không dây là sớm nhất và cũng là lĩnh vực được sử dụng rộng rãi nhất. Trong lĩnh vực truyền thông không dây, các yêu cầu về hiệu suất truyền chức năng, tiếng ồn, âm lượng, trọng lượng và chi phí ngày càng cao, buộc truyền thông không dây phải phát triển theo hướng chi phí thấp, di động, đa chức năng và hiệu suất cao. SiP là giải pháp lý tưởng kết hợp các ưu điểm của tài nguyên cốt lõi hiện có và quy trình sản xuất chất bán dẫn, giảm chi phí và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, đồng thời khắc phục các khó khăn trong SOC như khả năng tương thích quy trình, trộn tín hiệu, nhiễu nhiễu và nhiễu điện từ. Bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến trong điện thoại di động tích hợp các chức năng của bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến, điều khiển công suất và bộ chuyển mạch thu phát, tất cả đều được giải quyết hoàn toàn trong SiP.

Điện tử ô tô là một kịch bản ứng dụng quan trọng của SiP. Ứng dụng SiP trong điện tử ô tô đang dần tăng lên. Lấy bộ điều khiển động cơ (ECU) làm ví dụ, ECU bao gồm bộ vi xử lý (CPU), bộ nhớ (ROM, RAM), giao diện đầu vào/đầu ra (I/O), bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) , cũng như thành phần mạch tích hợp quy mô lớn. Các loại chip khác nhau có quy trình khác nhau. Hiện nay, SiP thường được sử dụng để tích hợp các chip vào một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh. Ngoài ra, hệ thống chống bó cứng phanh ô tô (ABS), hệ thống kiểm soát phun nhiên liệu, hệ thống túi khí điện tử, hệ thống điều khiển vô lăng, hệ thống cảnh báo áp suất lốp thấp và các bộ phận khác, việc sử dụng SiP cũng ngày càng tăng. Ngoài ra, công nghệ SIP cũng đã được áp dụng thành công trong các hệ thống văn phòng và giải trí trên ô tô đang phát triển nhanh chóng.

Thiết bị điện tử y tế đòi hỏi sự kết hợp giữa độ tin cậy và kích thước nhỏ, kết hợp với chức năng và tuổi thọ. Các ứng dụng điển hình trong lĩnh vực này là các thiết bị y tế điện tử có thể cấy ghép, chẳng hạn như máy nội soi dạng viên nang. Máy nội soi bao gồm một ống kính quang học, chip xử lý hình ảnh, bộ phát tín hiệu tần số vô tuyến, ăng-ten và pin. Chip xử lý hình ảnh là chip kỹ thuật số, bộ phát tín hiệu tần số vô tuyến là chip analog và ăng-ten là thiết bị thụ động. Việc đóng gói các thiết bị này lại với nhau trong một SiP sẽ giải quyết hoàn hảo các yêu cầu về hiệu suất và thu nhỏ.

Ứng dụng của SiP trong lĩnh vực máy tính chủ yếu đến từ việc tích hợp bộ xử lý và bộ nhớ với nhau. Lấy GPU làm ví dụ, nó thường bao gồm chip tính toán đồ họa và SDRAM. Hai phương pháp đóng gói không giống nhau. Điện toán đồ họa được đóng gói trong gói đa chip mảng bóng nhựa tiêu chuẩn, không phù hợp với SDRAM. Vì vậy, cần phải đóng gói hai loại chip riêng biệt, sau đó đóng gói chúng lại với nhau dưới dạng SiP.

SiP còn có nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Điều này bao gồm ISP (chip xử lý hình ảnh), chip Bluetooth, v.v. ISP là thiết bị cốt lõi của máy ảnh kỹ thuật số, máy quét, máy ảnh, đồ chơi và các sản phẩm điện tử khác. Nó chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu số thông qua chuyển đổi quang điện, sau đó thực hiện xử lý, hiển thị và lưu trữ hình ảnh. Cảm biến hình ảnh bao gồm một loạt các loại thành phần khác nhau, chẳng hạn như cảm biến hình ảnh CCD, CMOS, cảm biến hình ảnh tiếp xúc, thiết bị tải điện tích, mảng diode quang, cảm biến silicon vô định hình, v.v. Công nghệ SiP chắc chắn là một giải pháp công nghệ đóng gói lý tưởng.

Hệ thống Bluetooth thường bao gồm bộ phận không dây, bộ phận điều khiển liên kết, bộ phận hỗ trợ quản lý liên kết và giao diện đầu cuối chính. Công nghệ SiP có thể làm cho Bluetooth ngày càng nhỏ hơn để đáp ứng nhu cầu của thị trường, từ đó thúc đẩy mạnh mẽ việc ứng dụng công nghệ Bluetooth. SiP hoàn thiện tất cả các thành phần (radio, bộ xử lý băng cơ sở, ROM, bộ lọc và các thành phần riêng biệt khác) cần thiết để tích hợp chức năng công nghệ không dây Bluetooth trong một gói siêu nhỏ.

Sản phẩm điện tử có đặc điểm là hiệu suất cao, thu nhỏ, nhiều chủng loại và lô nhỏ. Công nghệ SiP phù hợp với yêu cầu ứng dụng của điện tử nên có thị trường ứng dụng rộng rãi và triển vọng phát triển trong lĩnh vực kỹ thuật này. 

3.2.SiP - Được thiết kế riêng cho điện thoại thông minh

Sự mỏng và nhẹ của điện thoại di động đã làm tăng nhu cầu về SiP. Điện thoại di động là thị trường lớn nhất cho lĩnh vực đóng gói SiP. Khi điện thoại thông minh trở nên mỏng hơn và nhẹ hơn, nhu cầu về SiP đương nhiên sẽ tăng lên. Từ năm 2011 đến năm 2015, độ dày điện thoại di động của nhiều thương hiệu liên tục giảm xuống. Làm mỏng đương nhiên có yêu cầu ngày càng cao hơn về độ dày của các bộ phận lắp ráp. Lấy iPhone 6s làm ví dụ, việc sử dụng PCB đã giảm đáng kể và nhiều thành phần chip sẽ được triển khai trong mô-đun SiP. Khi nói đến iPhone 8, đây có thể là điện thoại di động đầu tiên của Apple sử dụng SiP. Điều này có nghĩa là một mặt, iPhone 8 có thể được làm mỏng hơn và nhẹ hơn, mặt khác, sẽ có nhiều không gian hơn cho các mô-đun chức năng khác, chẳng hạn như máy ảnh, loa và pin mạnh hơn.

Nhìn vào các ứng dụng SiP từ các sản phẩm của Apple. Apple là một công ty rất lạc quan về các ứng dụng SiP. Apple đã từng sử dụng bao bì SiP trên Apple Watch trước đây.

Ngoài đồng hồ, số lượng SiP được sử dụng trong điện thoại di động Apple cũng ngày càng tăng lên. Được liệt kê là: chip cảm ứng, chip nhận dạng dấu vân tay, RFPA, v.v.

chip cảm ứng. Trong Iphone6, có hai chip cảm ứng do Broadcom và TI cung cấp tương ứng, trong khi ở 6S, cả hai chip này được đóng gói trong cùng một gói để nhận ra gói SiP. Trong tương lai, toàn bộ TDDI sẽ được gói gọn hơn nữa. Một thế hệ công nghệ 3D Touch mới đã được giới thiệu trên iPhone 6s. Phát hiện cảm biến chạm có thể xuyên qua lớp vỏ vật liệu cách điện và đánh giá hành động chạm của ngón tay con người bằng cách phát hiện sự thay đổi điện áp do ngón tay con người mang lại, để nhận ra các chức năng khác nhau. Chip cảm ứng có nhiệm vụ thu thập giá trị điện áp của điểm tiếp xúc, chuyển đổi các tín hiệu điện áp này thành tín hiệu tọa độ sau khi xử lý và điều khiển điện thoại di động phản hồi các chức năng tương ứng theo tín hiệu tọa độ, để nhận ra chức năng điều khiển của nó. Sự xuất hiện của 3D Touch đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về khả năng xử lý và hiệu suất của mô-đun cảm ứng. Cấu trúc phức tạp của nó đòi hỏi chip cảm ứng phải được lắp ráp bằng SiP và chức năng phản hồi xúc giác giúp nâng cao tính thân thiện khi vận hành.

Việc nhận dạng dấu vân tay cũng sử dụng gói SiP. Cảm biến và chip điều khiển được đóng gói cùng nhau và công nghệ tương tự đã được áp dụng kể từ iPhone 5.

Mô-đun RFPA. RFPA trong điện thoại di động là dạng SiP được sử dụng phổ biến nhất. iPhone 6S cũng không ngoại lệ. Trong iPhone 6S, có nhiều chip RFPA, tất cả đều sử dụng SiP.

Theo thói quen của Apple, mọi công nghệ trưởng thành sẽ được truyền lại cho thế hệ sau. Chúng tôi đánh giá rằng iPhone 7 sắp tới của Apple sẽ áp dụng công nghệ SiP nhiều hơn, trong khi iPhone 7 và iPhone 8 trong tương lai sẽ toàn diện hơn và sử dụng công nghệ SiP ở mức độ lớn hơn. để nén không gian bên trong.

Mẫu gói SIP

Công nghệ đóng gói SIP sử dụng nhiều loại chip hoặc mô-đun trần để sắp xếp và lắp ráp. Nếu sự sắp xếp được phân biệt, nó có thể được chia một cách đại khái thành bao bì 2D phẳng và cấu trúc bao bì 3D. So với bao bì 2D, việc sử dụng công nghệ đóng gói 3D xếp chồng có thể làm tăng số lượng tấm wafer hoặc mô-đun được sử dụng, do đó tăng số lớp trong đó các tấm wafer có thể được đặt theo hướng thẳng đứng và nâng cao hơn nữa khả năng tích hợp chức năng của công nghệ SIP. Công nghệ liên kết bên trong có thể là liên kết dây đơn giản (Wire Bonding), hoặc liên kết chip lật (Flip Chip), hoặc kết hợp cả hai.

Từ loại thiết kế SIP hiện tại và sự phân biệt cấu trúc, SIP có thể được chia thành ba loại.

SIP 2D

Kiểu đóng gói này nhằm đóng gói từng chip một ở chế độ hai chiều trong thân gói trên cùng một lớp nền đóng gói.

SIP xếp chồng lên nhau

Loại bao bì này là một gói tích hợp vật lý hai hoặc nhiều ngăn xếp chip trong một gói.

SIP 3D

Loại bao bì này dựa trên bao bì 2D và nhiều chip, chip đóng gói, nhiều chip và thậm chí cả tấm bán dẫn được xếp chồng lên nhau và kết nối với nhau để tạo thành một gói ba chiều. Cấu trúc này còn được gọi là bao bì 3D xếp chồng lên nhau.

Ngoài ra, ngoài cấu trúc đóng gói 2D và 3D, phương pháp tích hợp các thành phần trên nền đa chức năng cũng có thể được áp dụng - các thành phần khác nhau được nhúng vào nền đa chức năng để đạt được mục đích tích hợp chức năng. Cách sắp xếp chip khác nhau, kết hợp với các công nghệ liên kết bên trong khác nhau, làm cho gói SIP hình thành nhiều cách kết hợp khác nhau và có thể tùy chỉnh hoặc sản xuất linh hoạt theo nhu cầu của khách hàng hoặc sản phẩm.

Khó khăn kỹ thuật của SIP

Hình thức đóng gói chủ đạo của SIP là BGA nhưng điều này không có nghĩa là bạn đã làm chủ được công nghệ SIP bằng công nghệ đóng gói tiên tiến truyền thống.

Đối với thiết kế mạch, gói chip ba chiều sẽ có nhiều ngăn xếp khuôn, thiết kế gói phức tạp như vậy sẽ gây ra nhiều vấn đề: chẳng hạn như việc tích hợp nhiều chip trong một gói, cách xếp chồng chip; Lớp nền khó định tuyến dấu vết bằng các công cụ truyền thống; cũng có những vấn đề như khoảng cách giữa các dấu vết, thiết kế có độ dài bằng nhau và thiết kế cặp vi sai.  

Ngoài ra, với sự gia tăng độ phức tạp của mô-đun và sự gia tăng tần số hoạt động (tần số xung nhịp hoặc tần số sóng mang), độ khó trong thiết kế hệ thống sẽ tiếp tục tăng lên. Ngoài kinh nghiệm thiết kế cần thiết, việc mô phỏng số hiệu suất của hệ thống cũng rất cần thiết. liên kết thiết kế.