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标题: 微封装技术的发展历史 [打印本页]

作者: pcbfly 时间: 2020-3-26 14:15
标题: 微封装技术的发展历史
随着航空航天系统对于小型化、低功耗、高性能、高可靠性的要求，传统PCB板上系统(SOB)的设计方案的缺点越来越明显。由于芯片、模块的体积和功耗的限制，PCB板尺寸和功耗不能无限制减小。单个芯片的封装尺寸通常在mm到cm量级，但PCB板上的走线长度通常在1cm~50cm量级，过大的封装和走线造成损耗大、寄生参数多，限制了系统性能的提升。同时由于系统功能复杂，使用大量分立器件造成系统故障点多，整机可靠性降低。
　　为了解决传统板上系统设计的弊端，航空航天领域也逐渐开始采用在通信、计算机及消费类电子广泛使用的微封装、微组装技术,来提高系统的集成度和可靠性。
　　典型的微封装、微组装技术有SoC、MCM、SiP、SoP等。
　　SoC技术最早出现于上世纪80年代，用于把多个功能模块集成到一个晶片上，主要用于通信、计算机、网络等高性能领域，典型的如NVIDIA的Tegra, Freescale的Vybrid以及下图所示Intel的Core系列多核处理器等。SOC的特点是把相同工艺的多个功能模块集成到1个单一晶片上，系统性能高、功耗低，是商用一体化芯片解决方案的首选. 其基本要求是要在同种半导体材料上实现, 而对于综合了GaAs、GaN及锗硅工艺的航空航天领域，则较难以实现。
　　MCM也是上世纪80年代出现的一种封装技术，其特点是把多个芯片甚至裸Die通过金丝键合线以及基底材料集成到一个封装里。MCM封装后的模块尺寸和成本可以降低很多，同时由于模块内的各个芯片不需要单独封装，且芯片间走线更短，所以可以提供更好的传输性能。另外由于集成度高，容易进行集中的屏蔽和保护，所以比起采用分立器件系统可靠性更高。 MCM技术可以把不同工艺的晶片集成在一个封装里，因此使用非常灵活，可以构建模拟、数字、射频以及电阻、电容等无源器件的混合系统。下图分别是IBM和波音公司开发的两款MCM芯片。

　　图1:IBM Power5处理器和Boeing公司的MCM控制芯片

　　SiP是上世纪90年代出现的封装技术，可以认为是MCM技术的升级版。SiP封装技术除了像MCM一样可以进行多个不同工艺晶片的平面封装以外，还可以进行裸Die或者封装的立体3D堆叠，进一步提高了封装密度。目前广泛应用于手机、PAD等便携式消费电子设备里，典型的如Apple公司在iWatch里的核心模块以及相控阵雷达里使用的T/R模块等。

　　图2:iWatch里使用的SiP模块及射频T/R SiP模块

　　SoP是本世纪初出现的一种封装技术，可以认为是SiP技术的进一步升级。除了像SiP一样可以完成多种晶片、无源器件的3D堆叠和封装以外，还采用了薄膜技术和纳米材料把一些常用的无源器件如电阻、电容、滤波器、波导、耦合器、天线甚至生物传感器等直接集成到封装基底上。这使得基底上的走线长度从mm量级减小到了um甚至nm量级，进一步提高了系统性能和集成度。下图是一个SoP芯片应用的例子。

　　图3:典型的SoP系统

　　由此可见，SoC、MCM、SiP、SoP等技术各有自己的特点和应用领域。为了实现航天电子系统的小型化并提高可靠性，MCM和SIP是特别适合系统级小型化设计可以采用的微封装、微组装技术，同时可以重点关注SOP技术的发展并做相应的技术储备。

作者: fawa 时间: 2020-3-26 18:23
历史都快30年了啊

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