一、系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的定義和原理

系統(tǒng)級封裝（SiP）技術是通過將多個裸片（Die）及無源器件整合在單個封裝體內的集成電路封裝技術。根據(jù)國際半導體路線組織（ITRS）的定義，SiP為將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

從原理上講，SiP技術在封裝過程中涉及多種工藝。例如在長電科技的雙面塑封SiP產(chǎn)品制造過程中，SiP封裝通常在一塊大的基板上進行。首先是無源器件貼片倒裝（Flip Chip）貼片，裸片（Die）通過凸點（Bump）與基板互連芯片封裝接（正面），這一過程通過控制加溫熔化焊料達到器件與基板間的鍵合，也就是回流焊；接著是焊線鍵合（Wire Bond），通過細金屬線將裸片與基板焊盤連接；然后是塑封（Molding），注入塑封材料包裹和保護裸片及元器件；之后進行裸片與無源器件貼片植球，將球置于基板焊盤上用于電氣連接；再進行焊錫回流焊接（反面），同樣是通過控制加溫熔化焊料達到器件與基板間的鍵合；再次塑封（Molding）以包裹和保護裸片及器件；之后通過研磨將多余的塑封材料去除，即減薄過程；接著進行BGA植球，進行成品的BGA（球柵陣列封裝）植球；最后將整塊基板切割為多個SiP成品。

這種封裝技術可以幫助芯片成品增加集成度、減小體積并降低功耗。在智慧生活時代，智能芯片對輕便、低功耗的要求越來越高，SiP技術很好地滿足了這些需求。它與SoC（片上系統(tǒng)）有所不同，SiC是從設計角度出發(fā)，將系統(tǒng)所需組件高度集成到一塊芯片上，而SiP是從封裝立場出發(fā)，采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式。并且SiP相對SoC具有靈活度高、集成度高、設計周期短、開發(fā)成本低、容易進入等特點。SoC發(fā)展面臨諸如技術瓶頸高、不同制程整合不易、生產(chǎn)良率低、生產(chǎn)成本高、研發(fā)時間過長等問題，而SiP可以避免這些問題，從而得到了廣泛的關注和發(fā)展。

二、系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的應用領域

1. 通信領域

• 在無線通信領域，SiP技術的應用最早且最為廣泛。隨著無線通訊對功能傳輸效率、噪聲控制、體積、重量以及成本等多方面要求的不斷提高，促使無線通訊朝著低成本、便攜式、多功能和高性能等方向發(fā)展，SiP成為理想的解決方案。它綜合了現(xiàn)有的芯核資源和半導體生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢，能夠降低成本，縮短上市時間，同時克服了SOC中諸如工藝兼容、信號混合、噪聲干擾、電磁干擾等難度。例如，手機中的射頻功放，集成了頻功放、功率控制及收發(fā)轉換開關等功能，完整地在SiP中得到了解決。

2. 移動設備領域

• 現(xiàn)代移動設備如智能手機和平板電腦等，要求輕薄、高性能且功能豐富。SiP技術通過整合多個芯片和無源器件，能夠在有限的空間內實現(xiàn)更多功能。比如，將處理器、存儲器、傳感器等不同功能的元件集成在一個封裝內，減少了電路板的面積，同時也降低了功耗，有助于延長移動設備的電池續(xù)航時間。

3. 可穿戴設備領域

• 可穿戴設備如智能手表、智能手環(huán)等對體積和功耗的要求更為苛刻。SiP技術可以將微小的芯片和傳感器集成在一起，滿足可穿戴設備的小型化需求。例如，將加速度傳感器、心率傳感器、藍牙芯片等集成在一個SiP封裝中，使得可穿戴設備能夠更加輕便舒適地佩戴在用戶身上，并且能夠長時間工作而不需要頻繁充電。

4. 健康和醫(yī)療設備領域

• 在醫(yī)療設備中，如便攜式血糖儀、血壓計等小型醫(yī)療設備，SiP技術可以將測量電路、信號處理芯片、數(shù)據(jù)傳輸芯片等集成在一起。一方面可以減小設備的體積，方便患者攜帶和使用；另一方面可以提高設備的穩(wěn)定性和準確性。此外，在一些植入式醫(yī)療設備中，SiP技術也有助于降低設備的體積和功耗，提高設備的安全性和可靠性。

5. 人工智能（AI）領域

• 人工智能設備需要處理大量的數(shù)據(jù)，對計算能力和功耗有很高的要求。SiP技術可以將AI芯片、內存芯片、傳感器等集成在一起，提高數(shù)據(jù)處理的速度和效率。例如，在一些智能語音助手設備中，將語音識別芯片、處理器芯片、音頻處理芯片等集成在一個SiP封裝中，可以更快地處理用戶的語音指令，并且減少設備的發(fā)熱量，提高設備的穩(wěn)定性。

6. 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領域

• 物聯(lián)網(wǎng)設備通常需要連接多個傳感器和執(zhí)行器，并且要在低功耗的情況下工作。SiP技術可以將物聯(lián)網(wǎng)芯片、傳感器接口芯片、無線通信芯片等集成在一起，實現(xiàn)設備的智能化和互聯(lián)互通。例如，在智能家居設備中，將溫度傳感器、濕度傳感器、智能開關芯片、Wi - Fi芯片等集成在一個SiP封裝中，可以方便地實現(xiàn)對家居環(huán)境的監(jiān)測和控制。

7. 汽車電子領域

• 在汽車電子系統(tǒng)中，從發(fā)動機控制單元到車載娛樂系統(tǒng)等各個部分都可以應用SiP技術。例如，在汽車的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中，將攝像頭傳感器、雷達傳感器、信號處理芯片、通信芯片等集成在一個SiP封裝中，可以提高系統(tǒng)的響應速度和可靠性，同時減小系統(tǒng)的體積和重量，有助于汽車的輕量化設計。

三、系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的發(fā)展歷程

1. 早期起源與概念形成

• 隨著電子信息技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷向小型化、輕量化、高性能、多功能和低成本的方向發(fā)展。在過去幾十年里，HIC（混合集成電路）、MCM（多芯片模塊）、SOC（片上系統(tǒng)）等技術在微電子領域內起到了重要作用。在這樣的背景下，系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的概念逐漸形成。它是IC產(chǎn)業(yè)鏈中知識、技術和方法相互交融滲透及綜合應用的結晶。SiP技術從封裝的立場出發(fā)，對不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

2. 與傳統(tǒng)封裝技術的對比與發(fā)展契機

• 在封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程中，以2000年為節(jié)點，可分為傳統(tǒng)封裝階段和先進封裝階段。傳統(tǒng)封裝技術發(fā)展又可細分為多個階段，其技術發(fā)展路徑為To - DIP - LCC - QFP - BGA - CSP，引腳形狀從長引線直插發(fā)展到短引線或無引線貼裝再到球狀凸點焊接，裝配方式從通孔封裝到表面安裝再到直接安裝，鍵合方式從引線連接到焊錫球連接。傳統(tǒng)封裝在滿足電子產(chǎn)品不斷發(fā)展的需求方面逐漸遇到瓶頸，例如在小型化、多功能集成等方面存在局限。而SiP技術作為先進封裝技術的一種，能夠滿足當今電子產(chǎn)品更輕、更小和更薄的發(fā)展需求，因此在傳統(tǒng)封裝技術發(fā)展遇到瓶頸的情況下，SiP技術得到了更多的關注和發(fā)展機會。

3. 從配角到主角：SiP技術的逐步重視

• 從封裝發(fā)展的角度來看，早期SoC曾經(jīng)被確立為未來電子產(chǎn)品設計的關鍵與發(fā)展方向。然而，隨著近年來SoC生產(chǎn)成本越來越高，并且頻頻遭遇技術障礙，如CMOS、DRAM、GaAs、SiGe等不同制程整合不易、生產(chǎn)良率低等技術挑戰(zhàn)尚待克服，SoC的發(fā)展面臨瓶頸。而SiP技術具有開發(fā)周期短、功能更多、功耗更低、性能更優(yōu)良、成本價格更低、體積更小、質量更輕等優(yōu)點，使得SiP的發(fā)展越來越被業(yè)界重視，逐漸從一個相對配角的地位走向封裝技術發(fā)展的前沿，成為實現(xiàn)超越摩爾定律的重要路徑，在微電子和電子制造領域具有廣闊的應用市場和發(fā)展前景。

四、系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的最新研究成果

1. 異構集成的深化研究

• 在SiP技術中，異構集成是一個重要的研究方向。研究人員正在不斷探索如何更好地將不同功能、不同制程的芯片和器件集成在一起。例如，將基于不同材料（如硅、砷化鎵等）的芯片集成在一個SiP封裝內，以實現(xiàn)更廣泛的功能。這需要解決不同材料之間的兼容性、信號傳輸?shù)葐栴}。通過改進互連技術，如開發(fā)新的鍵合工藝和材料，來提高異構集成的性能和可靠性。一些研究機構正在研究新型的倒裝焊技術，通過優(yōu)化凸點的設計和鍵合工藝參數(shù)，實現(xiàn)更高密度的芯片互連，從而提高SiP封裝的集成度和性能。

2. 提高集成度與小型化

• 最新的研究致力于進一步提高SiP的集成度并實現(xiàn)更小的封裝尺寸。一方面，研究人員在探索如何在有限的封裝空間內集成更多的功能元件，如將更多的傳感器、處理器和存儲器集成在一起。這涉及到芯片的小型化制造技術、封裝結構的優(yōu)化等方面。例如，通過采用新的芯片堆疊技術，將多個裸片垂直堆疊，減少水平占用空間。另一方面，研究在不斷降低SiP封裝的整體厚度，以滿足如可穿戴設備等對厚度有嚴格要求的應用場景。一些企業(yè)正在嘗試使用超薄的基板材料和新型的塑封材料，在保證封裝可靠性的前提下，實現(xiàn)更薄的SiP封裝。

3. 性能優(yōu)化與功耗降低

• 在性能優(yōu)化方面，研究集中在提高信號傳輸速度和降低信號干擾。通過改進封裝內部的布線結構，采用低介電常數(shù)的材料作為絕緣層，可以減少信號傳輸延遲。同時，研究如何更好地屏蔽電磁干擾，例如開發(fā)新的電磁屏蔽材料和結構，將其集成到SiP封裝中。在功耗降低方面，研究人員正在探索新的電源管理技術在SiP中的應用。通過優(yōu)化芯片的工作電壓和電流分配，結合低功耗的芯片設計技術，可以顯著降低SiP封裝的整體功耗。例如，一些研究在SiP中采用智能電源管理芯片，根據(jù)不同的工作模式自動調整電源供應，提高能源利用效率。

五、系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的未來趨勢

1. 模塊化發(fā)展趨勢

• SiP技術將朝著模塊化方向發(fā)展。這意味著將形成一系列標準化的SiP模塊，每個模塊都具有特定的功能，如通信模塊、傳感器模塊、電源管理模塊等。這些模塊可以像積木一樣被靈活地組合和集成到不同的電子產(chǎn)品中。對于制造商來說，這將大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因為他們可以直接選用現(xiàn)有的SiP模塊進行組裝，而不需要從頭開始設計和封裝。例如，在物聯(lián)網(wǎng)設備的開發(fā)中，可以直接使用現(xiàn)有的傳感器SiP模塊、通信SiP模塊和處理SiP模塊進行組合，快速實現(xiàn)產(chǎn)品的功能。同時，模塊化的SiP技術也有助于提高產(chǎn)品的可維護性，當某個模塊出現(xiàn)故障時，可以方便地進行更換，而不需要對整個產(chǎn)品進行拆解和維修。

2. 與新興技術的融合

• SiP技術將與新興技術不斷融合。在人工智能領域，隨著AI算法的不斷發(fā)展和對計算能力需求的提高，SiP技術將與AI芯片技術緊密結合，實現(xiàn)更高效的AI計算。例如，將專門的AI加速器芯片與其他相關芯片集成在一個SiP封裝中，提高人工智能設備的性能。在5G通信技術方面，SiP技術將與5G射頻芯片、毫米波技術等融合，滿足5G通信對高速率、低延遲和高集成度的要求。此外，SiP技術還將與量子技術、生物技術等新興技術進行探索性的融合，開拓新的應用領域，如量子計算芯片的封裝和生物傳感器的集成封裝等。

3. 在更多領域的拓展應用

• 除了目前已經(jīng)廣泛應用的通信、移動設備、可穿戴設備等領域，SiP技術將在更多領域得到拓展應用。在航空航天領域，由于對設備的體積、重量和可靠性有極高的要求，SiP技術可以將各種航空電子設備的芯片集成在一起，提高設備的性能和可靠性，同時減輕重量。在工業(yè)自動化領域，SiP技術可以將傳感器、控制器和通信芯片集成在一個封裝內，用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）設備，實現(xiàn)更高效的工業(yè)自動化控制。在能源領域，例如在智能電網(wǎng)設備中，SiP技術可以集成電力監(jiān)測芯片、通信芯片和控制芯片等，提高智能電網(wǎng)的運行效率和管理水平。

系統(tǒng)級封裝（SiP）技術-先進芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據(jù)主導，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

·         合明科技運用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強有力的支持。