單列直插式封裝(SIP)原理
發布時間:2009/2/17 0:00:00 訪問次數:877
單列直插式封裝(sip),引腳從封裝一個側面引出,排列成一條直線。通常,它們是通孔式的,管腳插入印刷電路板的金屬孔內。當裝配到印刷基板上時封裝呈側立狀。這種形式的一種變化是鋸齒型單列式封裝(zip),它的管腳仍是從封裝體的一邊伸出,但排列成鋸齒型。這樣,在一個給定的長度范圍內,提高了管腳密度。引腳中心距通常為2.54mm,引腳數從2至23,多數為定制產品。封裝的形狀各異。也有的把形狀與zip相同的封裝稱為sip。
sip封裝并無一定型態,就芯片的排列方式而言,sip可為多芯片模塊(multi-chip module;mcm)的平面式2d封裝,也可再利用3d封裝的結構,以有效縮減封裝面積;而其內部接合技術可以是單純的打線接合(wire bonding),亦可使用覆晶接合(flip chip),但也可二者混用。除了2d與3d的封裝結構外,另一種以多功能性基板整合組件的方式,也可納入sip的涵蓋范圍。此技術主要是將不同組件內藏于多功能基板中,亦可視為是sip的概念,達到功能整合的目的。
不同的芯片排列方式,與不同的內部接合技術搭配,使sip的封裝型態產生多樣化的組合,并可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。
構成sip技術的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括pcb,ltcc,silicon submount(其本身也可以是一塊ic)。后者包括傳統封裝工藝(wirebond和flip chip)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。
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。
sip封裝可將其它如被動組件,以及天線等系統所需的組件整合于單一構裝中,使其更具完整的系統功能。由應用產品的觀點來看,sip更適用于低成本、小面積、高頻高速,以及生產周期短的電子產品上,尤其如功率放大器(pa)、全球定位系統、藍芽模塊(bluetooth)、影像感測模塊、記憶卡等可攜式產品市場。但在許多體系中,封閉式的電路板限制了sip的高度和應用。以長遠的發展規劃而言,soc的發展將能有效改善未來電子產品的效能要求,而其所適用之封裝型態,也將以能提供更好效能之覆晶技術為發展主軸;相較于soc的發展,sip則將更適用于成本敏感性高的通訊用及消費性產品市場。
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bgb202 bluetooth sip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
單列直插式封裝(sip),引腳從封裝一個側面引出,排列成一條直線。通常,它們是通孔式的,管腳插入印刷電路板的金屬孔內。當裝配到印刷基板上時封裝呈側立狀。這種形式的一種變化是鋸齒型單列式封裝(zip),它的管腳仍是從封裝體的一邊伸出,但排列成鋸齒型。這樣,在一個給定的長度范圍內,提高了管腳密度。引腳中心距通常為2.54mm,引腳數從2至23,多數為定制產品。封裝的形狀各異。也有的把形狀與zip相同的封裝稱為sip。
sip封裝并無一定型態,就芯片的排列方式而言,sip可為多芯片模塊(multi-chip module;mcm)的平面式2d封裝,也可再利用3d封裝的結構,以有效縮減封裝面積;而其內部接合技術可以是單純的打線接合(wire bonding),亦可使用覆晶接合(flip chip),但也可二者混用。除了2d與3d的封裝結構外,另一種以多功能性基板整合組件的方式,也可納入sip的涵蓋范圍。此技術主要是將不同組件內藏于多功能基板中,亦可視為是sip的概念,達到功能整合的目的。
不同的芯片排列方式,與不同的內部接合技術搭配,使sip的封裝型態產生多樣化的組合,并可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。
構成sip技術的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括pcb,ltcc,silicon submount(其本身也可以是一塊ic)。后者包括傳統封裝工藝(wirebond和flip chip)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。
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。
sip封裝可將其它如被動組件,以及天線等系統所需的組件整合于單一構裝中,使其更具完整的系統功能。由應用產品的觀點來看,sip更適用于低成本、小面積、高頻高速,以及生產周期短的電子產品上,尤其如功率放大器(pa)、全球定位系統、藍芽模塊(bluetooth)、影像感測模塊、記憶卡等可攜式產品市場。但在許多體系中,封閉式的電路板限制了sip的高度和應用。以長遠的發展規劃而言,soc的發展將能有效改善未來電子產品的效能要求,而其所適用之封裝型態,也將以能提供更好效能之覆晶技術為發展主軸;相較于soc的發展,sip則將更適用于成本敏感性高的通訊用及消費性產品市場。
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bgb202 bluetooth sip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
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