单列直插式封装(SIP)原理
单列直插式封装(SIP),引脚从封装一个侧面引出,排列成一条直线。通常,它们是通孔式的,管脚插入印刷威廉希尔官方网站 板的金属孔内。当装配到印刷基板上时封装呈侧立状。这种形式的一种变化是锯齿型单列式封装(ZIP),它的管脚仍是从封装体的一边伸出,但排列成锯齿型。这样,在一个给定的长度范围内,提高了管脚密度。引脚中心距通常为2.54mm,引脚数从2至23,多数为定制产品。封装的形状各异。也有的把形状与ZIP相同的封装称为SIP。
SIP封装并无一定型态,就芯片的排列方式而言,SIP可为多芯片模块(Multi-chip Module;MCM)的平面式2D封装,也可再利用3D封装的结构,以有效缩减封装面积;而其内部接合技术可以是单纯的打线接合(Wire Bonding),亦可使用覆晶接合(Flip Chip),但也可二者混用。除了2D与3D的封装结构外,另一种以多功能性基板整合组件的方式,也可纳入SIP的涵盖范围。此技术主要是将不同组件内藏于多功能基板中,亦可视为是SIP的概念,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的封装型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。
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(Wirebond和Flip Chip)和SMT设备。无源器件是SIP的一个重要组成部分,其中一些可以与载体集成为一体(Embedded,MCM-D等),另一些(精度高、Q值高、数值高的电感、电容等)通过SMT组装在载体上。SIP的主流封装形式是BGA。就目前的技术状况看,SIP本身没有特殊的工艺或材料。这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了SIP技术。由于SIP的产业模式不再是单一的代工,模块划分和威廉希尔官方网站 设计是另外的重要因素。模块划分是指从电子设备中分离出一块功能,既便于后续的整机集成又便于SIP封装。威廉希尔官方网站 设计要考虑模块内部的细节、模块与外部的关系、信号的完整性(延迟、分布、噪声等)。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,导致产品开发的多次反复和费用的上升,除设计经验外,系统性能的数值仿真必须参与设计过程。
与在印刷威廉希尔官方网站 板上进行系统集成相比,SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。对比SoC,SIP具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。SIP将打破目前集成威廉希尔官方网站 的产业格局,改变封装仅仅是一个后道加工厂的状况。未来集成威廉希尔官方网站 产业中会出现一批结合设计能力与封装工艺的实体,掌握有自己品牌的产品和利润。目前全世界封装的产值只占集成威廉希尔官方网站 总值的10%,当SIP技术被封装企业掌握后,产业格局就要开始调整,封装业的产值将会出现一个跳跃式的提高。
SIP封装可将其它如被动组件,以及天线等系统所需的组件整合于单一构装中,使其更具完整的系统功能。由应用产品的观点来看,SIP更适用于低成本、小面积、高频高速,以及生产周期短的电子产品上,尤其如功率放大器(PA)、全球定位系统、蓝芽模块(Bluetooth)、影像感测模块、记忆卡等可携式产品市场。但在许多体系中,封闭式的威廉希尔官方网站 板限制了SIP的高度和应用。以长远的发展规划而言,SoC的发展将能有效改善未来电子产品的效能要求,而其所适用之封装型态,也将以能提供更好效能之覆晶技术为发展主轴;相较于SoC的发展,SIP则将更适用于成本敏感性高的通讯用及消费性产品市场。
SIP技术可以应用到信息产业的各个领域,但目前研究和应用最具特色的是在无线通信中的物理层威廉希尔官方网站 。商用射频芯片很难以用硅平面工艺实现,使得SoC技术能实现的集成度相对较低,性能难以满足要求。同时由于物理层威廉希尔官方网站 工作频率高,各种匹配与滤波网络含有大量无源器件,SIP的技术优势就在这些方面充分显示出来。目前SIP技术尚属初级阶段,虽有大量产品采用了SIP技术,其封装的技术含量不高,系统的构成与在PCB上的系统集成相似,无非是采用了未经封装的芯片通过COB技术与无源器件组合在一起,系统内的多数无源器件并没有集成到载体内,而是采用SMT分立器件。
在SIP这一名词普及之前就已经出现了多种单一封装体内集成的产品,历史原因造成了这些产品至今还没有贴上SIP的标签。最早出现的模块是手机中的功率放大器,这类模块中可集成多频功放、功率控制、及收发转换开关等功能。另外三维多芯片的存储模块,逻辑威廉希尔官方网站 与存储威廉希尔官方网站 的集成也处于这种情况。
集成度较高的是Bluetooth和802.11(b/g/a)。Philips公司的BGB202 Bluetooth SIP模块除了天线之外,包含了基带处理器和所有的物理层威廉希尔官方网站 ,其中一部分滤波威廉希尔官方网站 就是用薄膜工艺实现的(但不是在SIP的载体中,而是以一个分立的无源芯片形式出现的)。整个模块的外围尺寸是7mm×8mm×1.4mm。外部单元只需要天线和时钟。Philips还有一款面向3G通信的手机电视解决方案也采用了SIP技术,9mmx9mm的模块内包含了高频头、信道解调和解码。
UWB是SIP的另一个理想应用。Freescale Semiconductor已经开始提供DS-UWB芯片组。