元器件SiP知識:面向系統集成封裝技術
發布時間:2007/8/20 0:00:00 訪問次數:573
來源:中國電子元件行業協會
集成電路的發展在一定程度上可概括為一個集成化的過程。近年來發展迅速的SiP技術利用成熟的封裝工藝集成多種元器件為系統,與SoC互補,能夠實現混合集成,設計靈活、周期短、成本低。
多年來,集成化主要表現在器件內CMOS晶體管的數量,比如存儲器。隨著電子設備復雜程度的不斷增加和市場需求的迅速變化,設備制造商面臨的集成難度越來越大,開始采用模塊化的硬件開發,相應地在IC上實現多功能集成的需求開始變得突出。SoC在這個發展方向上走出了第一步。但受到半導體制造工藝的限制,SoC集成的覆蓋面有固定的范圍。隨著網絡與通信技術的普及,物理層前端硬件(模擬系統)是多數系統中必要的組成,以SoC實現這類系統的單芯片集成有明顯困難。
封裝載體與組裝工藝
是構成SiP技術要素
構成SiP技術的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括PCB,LTCC,SiliconSubmount(其本身也可以是一塊IC)。后者包括傳統封裝工藝(Wirebond和FlipChip)和SMT設備。無源器件是SiP的一個重要組成部分,其中一些可以與載體集成為一體(Embedded,MCM-D等),另一些(精度高、Q值高、數值高的電感、電容等)通過SMT組裝在載體上。SiP的主流封裝形式是BGA。就目前的技術狀況看,SiP本身沒有特殊的工藝或材料。這并不是說具備傳統先進封裝技術就掌握了SiP技術。由于SiP的產業模式不再是單一的代工,模塊劃分和電路設計是另外的重要因素。模塊劃分是指從電子設備中分離出一塊功能,既便于后續的整機集成又便于SiP封裝。電路設計要考慮模塊內部的細節、模塊與外部的關系、信號的完整性(延遲、分布、噪聲等)。隨著模塊復雜度的增加和工作頻率(時鐘頻率或載波頻率)的提高,系統設計的難度會不斷增加,導致產品開發的多次反復和費用的上升,除設計經驗外,系統性能的數值仿真必須參與設計過程。
優化系統性能
提高集成度
與在印刷電路板上進行系統集成相比,SiP能最大限度地優化系統性能、避免重復封裝、縮短開發周期、降低成本、提高集成度。對比SoC,SiP具有靈活度高、集成度高、設計周期短、開發成本低、容易進入等特點。SiP將打破目前集成電路的產業格局,改變封裝僅僅是一個后道加工廠的狀況。未來集成電路產業中會出現一批結合設計能力與封裝工藝的實體,掌握有自己品牌的產品和利潤。目前全世界封裝的產值只占集成電路總值的10%,當SiP技術被封裝企業掌握后,產業格局就要開始調整,封裝業的產值將會出現一個跳躍式的提高,這是我國發展有自主知識產權的先進封裝技術的良好時機。
SiP技術優勢在無線通信中充分顯露
SiP技術可以應用到信息產業的各個領域,但目前研究和應用最具特色的是在無線通信中的物理層電路。商用射頻芯片很難以用硅平面工藝實現,使得SoC技術能實現的集成度相對較低,性能難以滿足要求。同時由于物理層電路工作頻率高,各種匹配與濾波網絡含有大量無源器件,SiP的技術優勢就在這些方面充分顯示出來。目前SiP技術尚屬初級階段,雖有大量產品采用了SiP技術,其封裝的技術含量不高,系統的構成與在PCB上的系統集成相似,無非是采用了未經封裝的芯片通過COB技術與無源器件組合在一起,系統內的多數無源器件并沒有集成到載體內,而是采用SMT分立器件。
在SiP這一名詞普及之前就已經出現了多種單一封裝體內集成的產品,歷史原因造成了這些產品至今還沒有貼上SiP的標簽。最早出現的模塊是手機中的功率放大器,這類模塊中可集成多頻功放、功率控制、及收發轉換開關等功能。另外三維多芯片的存儲模塊,邏輯電路與存儲電路的集成也處于這種情況。
集成度較高的是Bluetooth和802.11(b/g/a)。Philips公司的BGB202BluetoothSiP模塊除了天線之外,包含了基帶處理器和所有的物理層電路,其中一部分濾波電路就是用薄膜工藝實現的(但不是在SiP的載體中,而是以一個分立的無源芯片形式出現的)。整個模塊的外圍尺寸是7mm×8mm×1.4mm。外部單元只需要天線和時鐘。Philips還有一款面向3G通信的手機電視解決方案也采用了SiP技術,9mmx9mm的模塊內包含了高頻頭、信道解調和解碼。
來源:中國電子元件行業協會
集成電路的發展在一定程度上可概括為一個集成化的過程。近年來發展迅速的SiP技術利用成熟的封裝工藝集成多種元器件為系統,與SoC互補,能夠實現混合集成,設計靈活、周期短、成本低。
多年來,集成化主要表現在器件內CMOS晶體管的數量,比如存儲器。隨著電子設備復雜程度的不斷增加和市場需求的迅速變化,設備制造商面臨的集成難度越來越大,開始采用模塊化的硬件開發,相應地在IC上實現多功能集成的需求開始變得突出。SoC在這個發展方向上走出了第一步。但受到半導體制造工藝的限制,SoC集成的覆蓋面有固定的范圍。隨著網絡與通信技術的普及,物理層前端硬件(模擬系統)是多數系統中必要的組成,以SoC實現這類系統的單芯片集成有明顯困難。
封裝載體與組裝工藝
是構成SiP技術要素
構成SiP技術的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括PCB,LTCC,SiliconSubmount(其本身也可以是一塊IC)。后者包括傳統封裝工藝(Wirebond和FlipChip)和SMT設備。無源器件是SiP的一個重要組成部分,其中一些可以與載體集成為一體(Embedded,MCM-D等),另一些(精度高、Q值高、數值高的電感、電容等)通過SMT組裝在載體上。SiP的主流封裝形式是BGA。就目前的技術狀況看,SiP本身沒有特殊的工藝或材料。這并不是說具備傳統先進封裝技術就掌握了SiP技術。由于SiP的產業模式不再是單一的代工,模塊劃分和電路設計是另外的重要因素。模塊劃分是指從電子設備中分離出一塊功能,既便于后續的整機集成又便于SiP封裝。電路設計要考慮模塊內部的細節、模塊與外部的關系、信號的完整性(延遲、分布、噪聲等)。隨著模塊復雜度的增加和工作頻率(時鐘頻率或載波頻率)的提高,系統設計的難度會不斷增加,導致產品開發的多次反復和費用的上升,除設計經驗外,系統性能的數值仿真必須參與設計過程。
優化系統性能
提高集成度
與在印刷電路板上進行系統集成相比,SiP能最大限度地優化系統性能、避免重復封裝、縮短開發周期、降低成本、提高集成度。對比SoC,SiP具有靈活度高、集成度高、設計周期短、開發成本低、容易進入等特點。SiP將打破目前集成電路的產業格局,改變封裝僅僅是一個后道加工廠的狀況。未來集成電路產業中會出現一批結合設計能力與封裝工藝的實體,掌握有自己品牌的產品和利潤。目前全世界封裝的產值只占集成電路總值的10%,當SiP技術被封裝企業掌握后,產業格局就要開始調整,封裝業的產值將會出現一個跳躍式的提高,這是我國發展有自主知識產權的先進封裝技術的良好時機。
SiP技術優勢在無線通信中充分顯露
SiP技術可以應用到信息產業的各個領域,但目前研究和應用最具特色的是在無線通信中的物理層電路。商用射頻芯片很難以用硅平面工藝實現,使得SoC技術能實現的集成度相對較低,性能難以滿足要求。同時由于物理層電路工作頻率高,各種匹配與濾波網絡含有大量無源器件,SiP的技術優勢就在這些方面充分顯示出來。目前SiP技術尚屬初級階段,雖有大量產品采用了SiP技術,其封裝的技術含量不高,系統的構成與在PCB上的系統集成相似,無非是采用了未經封裝的芯片通過COB技術與無源器件組合在一起,系統內的多數無源器件并沒有集成到載體內,而是采用SMT分立器件。
在SiP這一名詞普及之前就已經出現了多種單一封裝體內集成的產品,歷史原因造成了這些產品至今還沒有貼上SiP的標簽。最早出現的模塊是手機中的功率放大器,這類模塊中可集成多頻功放、功率控制、及收發轉換開關等功能。另外三維多芯片的存儲模塊,邏輯電路與存儲電路的集成也處于這種情況。
集成度較高的是Bluetooth和802.11(b/g/a)。Philips公司的BGB202BluetoothSiP模塊除了天線之外,包含了基帶處理器和所有的物理層電路,其中一部分濾波電路就是用薄膜工藝實現的(但不是在SiP的載體中,而是以一個分立的無源芯片形式出現的)。整個模塊的外圍尺寸是7mm×8mm×1.4mm。外部單元只需要天線和時鐘。Philips還有一款面向3G通信的手機電視解決方案也采用了SiP技術,9mmx9mm的模塊內包含了高頻頭、信道解調和解碼。
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