SiP(系統(tǒng)級(jí)封裝，System in Package)是在系統(tǒng)芯片（SoC）設(shè)計(jì)理念基礎(chǔ)發(fā)展出來(lái)的一種集成電路封裝技術(shù)，指將多顆芯片或單芯片與電阻器、電容器、連接器、晶振、天線等被動(dòng)組件封裝在一起，構(gòu)成更為一個(gè)具有一定功能的電路系統(tǒng)。
SIP對(duì)不同芯片、電子元件進(jìn)行并排或疊加形成單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝
從一定程度講，SiP是SoC技術(shù)在納米時(shí)代的裂變。隨著SoC制程從微米進(jìn)入納米，單一集成電路芯片內(nèi)所能容納的晶體管數(shù)目愈來(lái)愈多，業(yè)界通過(guò)提高SoC整合度滿足用戶對(duì)低功耗、低成本及高效能的要求。但是當(dāng)半導(dǎo)體制程進(jìn)入納米時(shí)代后，SoC所面臨的各種問(wèn)題，如制程微縮瓶頸，成本愈來(lái)愈大，異質(zhì)(Heterogeneous)整合困難，產(chǎn)品生命周期變短等，這為SiP技術(shù)帶來(lái)了嶄新的發(fā)展機(jī)會(huì)。
概念上，SiP包括了多芯片模組(Multi-chip Module；MCM)技術(shù)、多芯片封裝(Multi-chip Package；MCP)技術(shù)、芯片堆疊(Stack Die)、PoP(Package on Package)、PiP(Package in Package)，以及將主/被動(dòng)組件內(nèi)埋于基板(Embedded Substrate)等技術(shù)。
在結(jié)構(gòu)上，MCM屬于二維的2D構(gòu)裝，而MCP、Stack Die、PoP、PiP等則屬于立體的3D構(gòu)裝；由于3D更能符合小型化、高效能等需求，因而在近年來(lái)備受業(yè)界青睞。
工藝上，SiP集成電路封裝互連技術(shù)(Interconnection)多以打線接合(Wire Bonding)為主，少部分還采用覆晶技術(shù)(Flip Chip)，或是Flip Chip搭配Wire Bonding作為與Substrate(IC載板)間的互連。但以Stack Die(堆疊芯片)為例，上層的芯片仍需藉由Wire Bonding來(lái)連接，當(dāng)堆疊的芯片數(shù)增加，越上層的芯片所需的Wire Bonding長(zhǎng)度則將越長(zhǎng)，也因此影響了整個(gè)系統(tǒng)的效能；而為了保留打線空間的考慮，芯片與芯片間則需適度的插入Interposer，造成封裝厚度的增加。
SiP技術(shù)特點(diǎn)
系統(tǒng)封裝(SiP)技術(shù)在現(xiàn)有集成電路封裝中并非高困難度的制程，因?yàn)楦鞣N功能芯片利用集成電路封裝技術(shù)整合，除考慮封裝體的散熱處理外，功能芯片組構(gòu)可以將原本離散的功能設(shè)計(jì)或組件，整合在單一芯片，不僅可以避免設(shè)計(jì)方案被抄襲復(fù)制，也能透過(guò)多功能芯片整合的優(yōu)勢(shì)讓最終產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，尤其在產(chǎn)品的體積、功耗與成本上都能因?yàn)镾iP技術(shù)而獲得改善。
最基礎(chǔ)的SIP封裝結(jié)構(gòu)
SiP元器件若設(shè)計(jì)規(guī)劃得當(dāng)，已可相當(dāng)于一系統(tǒng)載板的相關(guān)功能芯片、電路的總和，而依據(jù)不同的功能芯片進(jìn)行系統(tǒng)封裝，可以采簡(jiǎn)單的Side by Side芯片布局，也可利用相對(duì)更復(fù)雜的多芯片模組MCM(Multi-chip Module)技術(shù)、多芯片封裝MCP(Multi-chip Package)技術(shù)、芯片堆疊(Stack Die)、PoP(Package on Package)、PiP(Package in Package)等不同難度與制作方式進(jìn)行系統(tǒng)組構(gòu)。也就是說(shuō)，在單一個(gè)封裝體內(nèi)不只可運(yùn)用多個(gè)芯片進(jìn)行系統(tǒng)功能建構(gòu)，甚至還可將包含前述不同類(lèi)型器件、被動(dòng)組件、電路芯片、功能模組封裝進(jìn)行堆疊，透過(guò)內(nèi)部連線或是更復(fù)雜的3D IC技術(shù)整合，構(gòu)建成更為復(fù)雜的、完整的SiP系統(tǒng)功能。
而在SiP整合封裝中，關(guān)鍵的技術(shù)就在于SiP封裝體中的芯片或功能模組的芯片內(nèi)互連技術(shù)(Interconnection)，在一般簡(jiǎn)單形式或是對(duì)芯片體積要求不高的方案中，運(yùn)用打線接合(Wire Bonding)即可滿足多數(shù)需求，而打線接合形式芯片多用Side by Side并列布局為主，當(dāng)功能芯片數(shù)量多時(shí)，芯片的占位面積就會(huì)增加，而若要達(dá)到SiP封裝體再積極微縮設(shè)計(jì)，就可改用技術(shù)層次更高的覆晶技術(shù)(Flip Chip)或是Flip Chip再搭配打線接合與IC載板(Substrate)之間進(jìn)行互連。
基本上堆疊芯片(Stack Die)的作法在上層的芯片或模塊仍然需要透過(guò)打線接合進(jìn)行連接，但若碰到SiP的整合芯片、功能模塊數(shù)量較多時(shí)，即堆疊的芯片、功能模組數(shù)量增加，這會(huì)導(dǎo)致越是設(shè)于SiP結(jié)構(gòu)上層的芯片、模塊所需要的打線連接電子線路長(zhǎng)度將因此增長(zhǎng)，傳輸線路拉長(zhǎng)對(duì)于高時(shí)脈運(yùn)作的功能模塊會(huì)產(chǎn)生線路雜訊或是影響了整體系統(tǒng)效能；至于SiP在結(jié)構(gòu)上為了預(yù)留Wire Bonding的打線空間，對(duì)芯片與芯片或是功能模塊與功能模塊間插入的Interposer處理，也會(huì)因?yàn)檫@些必要程序?qū)е耂iP最終封裝成品的厚度增加。
典型SiP封裝方案
隨著集成電路封裝技術(shù)不斷演進(jìn)，芯片或功能模塊的裸晶本身制程，已從微米制程升級(jí)至納米等級(jí)，這代表單一個(gè)功能芯片或功能模塊可以越做越小，也代表SiP的功能可因而得到倍數(shù)的成長(zhǎng)，甚至還能游刃有余地維持相同的封裝體尺寸。
SiP應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
目前，SiP封裝已經(jīng)成為輕薄電子產(chǎn)品首選的集成電路封裝形式。
首先，SiP可利用封裝技術(shù)讓整合設(shè)計(jì)更具效率，也就是說(shuō)SiP可在單一封裝體內(nèi)裝多組功能芯片，例如單一SiP若整合兩組功能芯片，使用堆疊設(shè)計(jì)可以在相同芯片占位面積設(shè)置雙芯片功能，若是三個(gè)功能芯片構(gòu)裝，則可以在單一芯片略大的體積設(shè)置多芯片功能。
其次，SiP構(gòu)裝芯片的設(shè)計(jì)驗(yàn)證會(huì)比同樣多功能芯片整合的SoC設(shè)計(jì)方案更簡(jiǎn)單許多，基本上這些功能獨(dú)立的芯片皆已可透過(guò)既有的驗(yàn)證流程確認(rèn)功能完整性，而在SiP制程中僅針對(duì)芯片與芯片、功能模塊與功能模塊的內(nèi)部連線在封裝后是否正常無(wú)誤進(jìn)行驗(yàn)證，大幅減少設(shè)計(jì)流程與驗(yàn)證成本。
而SoC卻需要透過(guò)版圖布局/布線，不僅在設(shè)計(jì)流程與負(fù)荷相對(duì)復(fù)雜，在后期的芯片驗(yàn)證調(diào)校成本也相對(duì)較高，兩者相較SiP在爭(zhēng)取產(chǎn)品上市時(shí)間有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，SiP的優(yōu)點(diǎn)還有可以結(jié)合不同功能芯片、功能模塊，在面對(duì)異質(zhì)芯片構(gòu)裝方面可以極具彈性，在封裝體內(nèi)還可設(shè)置被動(dòng)組件，甚至集成天線模塊進(jìn)封裝體，芯片的封裝成果可以自成一套電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)嵌入式無(wú)源組件的設(shè)計(jì)方案組合。
第三，SiP也可大幅減低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，因?yàn)橄嚓P(guān)的電子回路都可以透過(guò)封裝體內(nèi)的線路與組件布局進(jìn)行整合，如此一來(lái)不僅節(jié)省了SiP終端元器件本身的占位空間，也能把部分電路載板的關(guān)鍵線路、零組件并入SiP封裝體中，極度簡(jiǎn)化PCB電路板的復(fù)雜度與面積，成本與驗(yàn)證程序可獲得大幅優(yōu)化。
另外，高度集成電路封裝整合提升產(chǎn)品抗機(jī)械、抗化學(xué)腐蝕能力SiP也具備極好的抗機(jī)械、抗化學(xué)腐蝕能力，因?yàn)橄嚓P(guān)電路都以封裝體整個(gè)包覆起來(lái)，可增加電路載板的抗機(jī)械應(yīng)力、抗化學(xué)腐蝕能力，同時(shí)提高了電子系統(tǒng)的可靠性。
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