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随着物联网时代来临，全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计，因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SIP技术日益受到关注。除了既有的封测大厂积极扩大SIP制造产能外，晶圆代工业者与IC基板厂也竞相投入此一技术，以满足市场需求。! A; S k# D/ x& U( f3 g3 L: o! j8 c
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早前，苹果发布了最新的apple watch手表，里面用到SIP封装芯片，从尺寸和性能上为新手表增色不少。而芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律)，转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律)。
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) e; o" \& _5 C2 y" C* H& }根据国际半导体路线组织（ITRS）的定义：SIP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。
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SIP定义
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; s, b8 R. D; [" H! y$ r1 p从架构上来讲， SIP 是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。& A# c( }, N2 t
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SOC定义4 a+ q5 c: i0 q6 z
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将原本不同功能的 IC，整合在一颗芯片中。藉由这个方法，不单可以缩小体积，还可以缩小不同 IC 间的距离，提升芯片的计算速度。SOC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。- C8 S* K; Z* k
9 w: K$ G8 ^% A. D# mSOC与SIP之比较* g% _ T# H9 t& G
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自集成电路器件的封装从单个组件的开发，进入到多个组件的集成后，随着产品效能的提升以及对轻薄和低耗需求的带动下，迈向封装整合的新阶段。在此发展方向的引导下，形成了电子产业上相关的两大新主流：系统单芯片SOC（System on Chip）与系统化封装SIP（System in a Package）。
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2 t, Y% U1 V+ E6 q# y# R" lSOC与SIP是极为相似，两者均将一个包含逻辑组件、内存组件，甚至包含被动组件的系统，整合在一个单位中。
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SOC是从设计的角度出发，是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。
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' ]) S7 V& @' c+ D# N( l& z: YSIP是从封装的立场出发，对不同芯片进行并排或叠加的封装方式，将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件。3 k& }1 `. P& Y& Z
; `* b4 p" N+ W9 F: \构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺，前者包括PCB、LTCC、Silicon Submount（其本身也可以是一块IC），后者包括传统封装工艺（Wire bond和Flip Chip）和SMT设备。无源器件是SIP的一个重要组成部分，如传统的电容、电阻、电感等，其中一些可以与载体集成为一体，另一些如精度高、Q值高、数值高的电感、电容等通过SMT组装在载体上。8 m9 b2 }% H# ^/ ]2 R2 J' o2 e
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SIP封装4 N P5 `, |9 @
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从集成度而言，一般情况下，SOC只集成AP之类的逻辑系统，而SiP集成了AP+mobile DDR，某种程度上说SIP=SOC+DDR，随着将来集成度越来越高，emmc也很有可能会集成到SIP中。: T3 {/ `8 z( u
! C" L7 Q, c4 k4 { T9 F) I从封装发展的角度来看，因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下，SOC曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SOC生产成本越来越高，频频遭遇技术障碍，造成SoC的发展面临瓶颈，进而使SIP的发展越来越被业界重视。 b) E& @" x( J2 |+ @, }4 L
2 }3 n0 o" q+ ]- TSIP的封装形态
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) }: B9 M! Z% d3 H5 ~+ W) c7 TSIP封装技术采取多种裸芯片或模块进行排列组装，若就排列方式进行区分可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装，采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而内部接合技术可以是单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。
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另外，除了2D与3D的封装结构外，还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装形态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。
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几种SIP封装方案, {6 t L9 U& B4 ~% h& h7 _4 t
7 Q+ F& m1 Y' p1 T) H+ K% wSIP的技术难点
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5 ?. V0 V2 O" j6 _6 L0 g; XSIP的主流封装形式是BGA，但这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了SIP技术。* l I/ k/ D' T& v
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对于电路设计而言，三维芯片封装将有多个裸片堆叠，如此复杂的封装设计将带来很多问题：比如多芯片集成在一个封装内，芯片如何堆叠起来；再比如复杂的走线需要多层基板，用传统的工具很难布通走线；还有走线之间的间距，等长设计，差分对设计等问题。( C: F3 N* W3 a7 D2 A7 I1 C
* K7 ~* s1 {! q1 ~9 W! I此外，随着模块复杂度的增加和工作频率（时钟频率或载波频率）的提高，系统设计的难度会不断增加，设计者除具备必要的设计经验外，系统性能的数值仿真也是必不可少的设计环节。
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SOC与SIP技术趋势* J8 L, b- U9 K% \3 r/ |
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从集成度而言，一般情况下， SOC 只集成 AP 之类的逻辑系统，而 SIP 集成了AP+mobileDDR，某种程度上说 SIP=SOC+DDR，随着将来集成度越来越高， emmc也很有可能会集成到 SIP 中。从封装发展的角度来看，因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下， SOC 曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来 SOC生产成本越来越高，频频遭遇技术障碍，造成 SOC 的发展面临瓶颈，进而使 SIP 的发展越来越被业界重视。 |
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发表于 2021-10-12 10:42
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