集成电路系统级封装(SiP)技术以及应用

由于集成电路设计水平和工艺技术的提高，集成电路的规模越来越大，整个系统可以集成到一个芯片上（目前一个芯片上可以集成108个晶体管）。这使得将于单芯片集成到由具有多个硬件和软件功能的电路组成的系统（或子系统）中成为可能。90年代末，集成电路进入了系统级芯片（SOC）时代。

1980年代，专门集成电路以标准逻辑门为基本单元，由处理线提供给设计师免费使用，以缩短设计周期：1990年代末进入系统级芯片时代。在芯片上，它包括cpu、dsp、逻辑电路、模拟电路、射频电路、存储器和其他电路模块以及嵌入式软件，并相互连接，形成完整的系统。

       由于系统设计日益复杂，设计行业中已有工厂专门开发具有这些功能的各种集成电路模块（称为知识产权核心或IP核心）。这些模块通过授权提供给其他系统设计人员进行有偿使用。设计人员将使用IP核作为设计的基本单元。IP核的重用不仅缩短了系统设计周期，而且提高了系统设计的成功率。

      研究表明，与由IC构成的系统相比，由于SOC设计能够综合考虑整个系统的各种条件，在相同的工艺条件下，可以达到更高的系统指标。21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。

       近年来，由于整机的便携式开发和系统小型化的趋势，需要在芯片上集成更多不同类型的元件，如Si-CMOSIC，GaAs-RFIC，各种无源元件，光机械设备，天线，连接器。和传感器等单一材料和标准工艺的SOC是有限的。近年来，基于SOC快速开发的系统级封装（SiP）不仅可以在一个封装中组装多个芯片，而且可以堆叠和集成不同类型的器件和电路芯片。复杂，完整的系统。

与SOC相比，SIP具有：

（一）可以提供更多的新功能；

（2）各工序兼容性好；

（3）灵活性和适应性强；

（4）低成本；

（5）易于分块测试；

（6）开发周期短等优点。

       SOC和SIP互为补充。一般认为，SOC主要用于更新较慢、对军事装备性能要求较高的产品。SIP主要用于更换周期较短的消费品，如手机。SIP的合格率和计算机辅助设计有待进一步提高。

由于液滴的复杂性，对液滴的设计和工艺技术提出了更高的要求。在设计方面，需要由系统工程师、电路设计、布局设计、硅技术设计、测试和制造等工程师组成的团队共同努力，以达到最佳的性能、最小的尺寸和最小的成本。首先，采用计算机辅助仿真设计，对芯片、电源和被动组件的参数和布局进行了设计。高密度线路的设计应考虑消除振荡、过冲、串扰和辐射。考虑散热和可靠性；选择衬底材料（包括介电常数、损耗、互连阻抗等）；制定线宽、间距和穿孔等设计规则；最后设计主板的布局。

       SIP采用了近十年来迅速发展的触发器焊接互连技术。触发器焊接互连具有直流电压低、互连密度高、寄生电感小、热、电性能好等优点，但成本高于焊丝。SIP的另一个优点是能够集成各种无源组件。无源元件在集成电路中的应用日益增多。例如，移动电话中的无源元件与有源元件的比例约为50：1。采用近年来发展起来的低温共烧多层陶瓷（LTCC）和低温共烧铁氧体（LTCF）技术，即在多层陶瓷中集成电阻、电容、电感、滤波器和谐振器等无源元件，就像将有源器件集成到硅片中一样。此外，为了提高芯片芯核在封装中的面积比，采用了两个以上的芯片叠层结构，并在Z方向上中进行了三维集成。开发了层合芯片之间的超薄柔性绝缘层底板、底板上的铜线、通孔互连和金属化等新技术。

       SIP以其快速进入市场的竞争力、更小、更薄、更轻、更多的功能，在业界得到了广泛的应用。它的主要应用是射频/无线应用、移动通信、网络设备、计算机和外围设备、数字产品、图像、生物和MEMS传感器。

       到2010年，SiP的布线密度预计为6000cm / cm 2，热密度为100W / cm 2，元件密度为5000 / cm 2，I / O密度为3000 / cm 2。系统级封装设计也正朝着SOC的自动布局和布线等计算机辅助自动化发展。英特尔最先进的SiP技术将五个堆叠式闪存芯片集成到1.0mm超薄封装中。东芝的SiP目标是将手机的所有功能集成到一个包中。日本最近预测，如果全球五分之一的LSI系统采用SiP技术，SiP市场可达到1.2万亿日元。凭借其进入市场的优势，SiP将在未来几年内以更快的速度增长。在加快集成电路设计和芯片制造发展的同时，中国应加大系统级封装的研发力度。