SiP技术与微系统

hope123

SiP（System-in-Package)

SiP系统级封装，是指将多个具有不同功能的有源电子元件（通常是IC裸芯片）与可选的无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其它组件有机结合，组装到一个封装体内部，实现一定功能的单个标准封装器件，形成一个系统或者子系统，我们通常可称之为微系统(Micro-System)。
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微系统（Micro-System)

在了解微系统之前，我们首先了解一下系统。

系统可大可小，可复杂可简单。银河系是一个系统，太阳系是一个系统，地球是一个系统，宇宙飞船是一个系统，卫星是一个系统，有效载荷是一个系统，一块PCB是一个系统，一颗SiP是一个系统，一颗SoC也是一个系统。
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# d- L0 G# K, ]  i' K& l: z* ] 系 统 的 定 义
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; f% `7 C* L: y3 N系统是指能够完成一种或者几种功能的组合在一起的结构，系统是指将零散的东西进行有序的整理、编排形成的整体。系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是更大系统的组成部分。



系 统 的 特 征
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, A* N1 X# N( ^, E6 }. A5 l/ p系统特征主要包括以下6点:

(1) 集合性，系统至少是由两个或两个以上可以相互区别的要素组成，单个要素不能构成系统。对应到SiP上，表明SiP内包含至少两颗（两种）以上的裸芯片，以及数量不一的无源器件等。

(2) 相关性，系统内每一要素  相互依存、相互制约、相互作用而形成了一个相互关联的整体，某个要素发生了变化，其他要素也随之变化，并引起系统变化。对应到SiP上，一个芯片的状态发生变化，其它芯片都会有相应的调整，才能满足SiP定义的功能，一颗芯片失效，整个SiP的功能失效或者部分功能缺失。所以在设计SiP时，在满足功能的前提下，尽可能简单，用最少的芯片实现SiP的功能，否则，其中一颗芯片失效了，其它芯片往往就跟着“陪葬”了。

(3) 目的性，系统都具有明确目的，即系统表现出的某种特定功能。这种目的必须是系统的整体目的，不是构成系统要素或子系统的局部目的。通常情况下，一个系统可能有多重目的性。对应到SiP上，就涉及到SiP功能的定义，如果有明确的应用目的，SiP的功能定义就容易明确，应当避免目的不明确而将功能定义的含糊，从而增加SiP设计实现的难度。
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(4) 层次性，一个复杂的系统由多个子系统组成，子系统可能又分成多个更小的子系统，而这个系统本身又是一个更大系统的组成部分，系统是有层次的。系统的结构与功能都是指的相应层次上的结构与功能，而不能代表高层次和低层次上的结构与功能。对应到SiP上，SiP应该属于一个复杂系统的子系统，同时SiP中还会包含更小的系统，例如一个SiP中可能包含一颗或者多颗SoC，或者已经通过晶圆级封装工艺完成一次集成的产品。

(5) 环境适应性，系统所具有的随外部环境变化相应进行自我调节、以适应新环境的能力。系统必须在环境变化时，对自身功能作出相应调整。没有环境适应性的系统，是没有生命力的。对应到SiP上，在设计SiP时，应当考虑到环境的变化对SiP产品的影响，考虑到SiP可能的应用领域以及产品的生命周期。
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+ ?) M+ d3 o9 \; f+ {) k(6) 动态性，系统的生命周期所体现出的系统本身也处在孕育、产生、发展、衰退、湮灭的变化过程中。对应到SiP上，同样存在SiP产品构思、规划、设计、生产、测试、推广、应用、更新换代等过程。
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微 系 统 的 定 义
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微系统通常是指在很小的尺度内实现的系统，这个尺度通常是指一个芯片内部或者封装的内部。在传统意义上，微系统通常和MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）联系在一起，常见的应用包括各种传感器，微电机，微泵等。
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5 V7 n* I# Z: z% E, |微系统技术是由集成电路技术发展而来的，利用硅各向异性腐蚀技术用于在平面硅衬底上加工三维结构（体硅结构），利用集成电路的加工技术制造微系统技术器件，例如悬臂梁、薄膜和喷嘴；微传感器的关键部件，喷墨打印技术等。随着技术发展，微系统技术研究进入一个突飞猛进、日新月异的发展阶段。光微系统技术，生物微系统技术也都发展迅速。
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4 U( M; v7 ?* \5 ?. S* L$ [SiP技术出现后，微系统的定义逐渐发生了一些变化，由原来的偏重于MEMS，微结构等专用的领域，逐渐扩展到更为通用的领域，其尺度也扩展到了系统级封装的尺度。

现在，我们可以这么定义：封装在一个SiP内的系统则可称之为微系统，其中可能包含有电子元器件（裸芯片、电阻、电容、电感等），MEMS，光学器件，传感器，陀螺等。

目前来说，绝大多数的SiP内封装的是纯电子系统，我们可称之为电子微系统，随着技术的发展以及需求的不断增加，SiP内部封装的系统会逐渐从电子微系统转向为混合微系统，在电子器件的基础上，纳入光学、机械、传感器、微泵等。
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总  结

SiP是微系统的重要载体，也是目前实现微系统的最佳途径。
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在SiP的基础上更易实现微系统的小型化、低功耗、高性能，以及灵活性，多样性的特点。并在一定程度上降低成本，缩短研发周期。

freedom1

SiP技术出现后，微系统的定义逐渐发生了一些变化，由原来的偏重于MEMS，微结构等专用的领域，逐渐扩展到更为通用的领域，其尺度也扩展到了系统级封装的尺度。

hope123

freedom1 发表于 2021-6-23 11:00
9 I8 k$ g- A* T/ cSiP技术出现后，微系统的定义逐渐发生了一些变化，由原来的偏重于MEMS，微结构等专用的领域，逐渐扩展到更 ...

集合性，系统至少是由两个或两个以上可以相互区别的要素组成，单个要素不能构成系统。对应到SiP上，表明SiP内包含至少两颗（两种）以上的裸芯片，以及数量不一的无源器件等。

embnn

微系统技术是由集成电路技术发展而来的，利用硅各向异性腐蚀技术用于在平面硅衬底上加工三维结构（体硅结构），利用集成电路的加工技术制造微系统技术器件，例如悬臂梁、薄膜和喷嘴；微传感器的关键部件，喷墨打印技术等。随着技术发展，微系统技术研究进入一个突飞猛进、日新月异的发展阶段。光微系统技术，生物微系统技术也都发展迅速。

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