sip：系统集成封装技术

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1、SiP：系统集成封装技术窦新玉清华大学电子封装技术研究中心SiP（SysteminPackage）是近几年来为适应模块化地开发系统硬件的需求而出现的封装技术，在已经开始的新一轮封装技术发展阶段中将发挥重要作用。SiP利用已有的电子封装和组装工艺，组合多种集成电路芯片与无源器件，封闭模块内部细节，降低系统开发难度，具有成本低、开发周期短、系统性能优良等特点，目前已经在通信系统的物理层硬件中得到广泛应用。随着半导体制造技术的进步，集成电路芯片引出端（I/O）数与芯片面积的比值将持续上升，现有的二维I/O结构在未来五年里面临着新的挑战，SiP在不改变二维封装结构的前提下作

2、为一个解决方案，有明显的技术优势和市场潜力。SiP技术的普及能够改变目前封装产业以代工为主的状况，为封装企业拥有自主产品在技术上创造了可能性，封装产业的产值在整个半导体产业中的比重会随之增加。1．集成电路产业的发展与需求催生SiP技术从第一支晶体管的诞生，到第一颗集成运算放大器的出现，一直到今天，半导体产业的发展可以概括为一个集成化的过程。多年来，集成化主要表现在器件内晶体管的数量，这个指标在单一功能的器件中目前仍占统治地位，比如存储器。现代系统集成技术中一个更重要的指标是系统功能的完整化，这样就牵扯到不同IC技术与电路单元的集成。单一功能的器件比比皆是，但单一功能

3、的电子系统少见。由于网络与通信技术的普及，纯数字系统（所谓的计算机）几乎已经不存在，物理层硬件是多数系统中必要的组成部分。最基本的数字系统也至少包含逻辑电路和存储器，两者虽都是数字电路，但半导体制造工艺的细化与优化也已使得这两种最基本电路单元的集成不是一件简单的工作。移动通信技术的普及使得电子整机系统向着高性能、多功能和小型化方向发展。这种需求推动了电子封装技术的近十年来的飞速发展，BGA和CSP等先进封装型式因为能够满足多I/O、小型化的技术得到普遍应用。纵观微电子产业发展的历史，封装技术在满足市场需求方面经常是被动地发挥作用；末端电子产品提出集成的要求，前端半导

4、体设计与制造提出解决方案，封装在两者的约束下做物理实现。这种情况将在未来几年会发生变化，目前这种变化已经初步显示出来了。造成这种局面的原因是电子系统复杂度的不断提高，封装也要参与系统集成的过程。一个先进的电子整机系统是由许多不同技术和功能的器件和电路、不同的材料等集成实现的，能够完成信号的发射、接收、存储、处理、再现（图像的显示和声音的播放等）等多项功能。以移动手机为例，它的功能包括远程无线通信（GSM和WCDMA）、近程无线接入（IrDA，Bluetooth或WLAN）、有线连接（USB）、支持操作系统和应用程序运行的CPU，平板显示及背光LED、音频系统、及支持

5、这些硬件的电源管理系统等。所有这些功能的内部细节的以及它们的组合多少年来一直是末端产品制造商的任务，使得产品开发的费用越来越高、周期越来越长，这样发展下去，终究会有一天发生量变到质变的转换，产品开发从“难”过渡到“不可能”。软件工程已经解决了这个问题：OOP的概念使得每个层次的问题在规模上都大体相同，系统集成的工作与模块开发的工作比重相同。硬件系统的开发也必须走这条路。这就要求整个产业过程均摊系统集成的任务，即芯片设计和封装要承担一部分系统集成的工作。这一需求将决定未来几年芯片设计与封装技术的发展方向，作为设计过程中的集成技术SoC（SystemOnChip）和作为

6、封装过程中的集成技术SiP（System-in-Package）将逐渐成为产业中主流技术。大量和普遍使用SoC和SiP技术将实现产品开发过程的模块化，进而缩短产品开发周期、降低成本。SoC的思想是在单个芯片上实现数字电路、模拟电路、RF、存储器的集成；SiP的思想则是采用混合集成，将多种类型的元件，如Si-CMOS、GaAs-RF、各种无源器件等组合为一个紧凑的具有独立功能的模块。两者的目的一致，但方法不同。SoC代表了设计的最高阶段，实现了性能最优、功耗最低、体积和重量最小，但其设计复杂、设计周期长、开发成本较高，而且目前基于标准CMOS工艺的芯片在很多方面（比如

7、：射频、光电、高电压）的性能指标还不能满足要求。相比之下，SiP设计灵活、快捷，利用现有的比较成熟的元器件，设计周期短，工艺成熟。SiP与其说是一种封装技术，不如说是一种集成思想，它利用现有的封装工艺将系统需要的元件进行组合，以最低的成本、最快的时间、达到最优的系统性能。半导体制造技术遵循着摩尔定律不断发展，器件的I/O数量随之不断增加，其封装技术也相应地走过了一个从一维周边结构（QFP）到二维平面阵列（BGA）的过程。没有这种封装技术的进步，先进的半导体制造技术就不能体现出来，集成电路的体积就不能随着芯片集成度的增加而减小，相反，I/O数量的增加会导致器件的体