超越摩尔一文看懂SiP封装技术.docx

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1、图表4：MoreMooreVSMorethanMooreMorethanMoore:MS5一65m米以：NXP.大K证券纺完所从集成度而言，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=SoCDDRz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。米以：NXP.大K证券纺完所从集成度

2、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=SoCDDRz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。PCB的限制，使得整个系统的性能提升遇到了瓶颈。比如，由于PCB线宽都没变化，所以处理器和内存之间的连线密度也保持不变。换句话说，在处理器和内存封装大小不大变的情况下，处

3、理器和内存之间的连线数量不会显著变化。而内存的带宽等于内存接口位宽乘以内存接口操作频率。内存输出位宽等于处理器和内存之间的连线数量，在十年间受到PCB板工艺的限制一直是64bit没有发生变化。所以想提升内存带宽只有提高内存接口操作频率。这就限制了整个系统的性能提升。图衰8:过去主潦的系统PCB的限制，使得整个系统的性能提升遇到了瓶颈。比如，由于PCB线宽都没变化，所以处理器和内存之间的连线密度也保持不变。换句话说，在处理器和内存封装大小不大变的情况下，处理器和内存之间的连线数量不会显著变化。而内存的带宽等于内存接口位宽乘以内存接口操作频率。内存输出位宽等于处理器和内存之间的连线数量，在十年间受

4、到PCB板工艺的限制一直是64bit没有发生变化。所以想提升内存带宽只有提高内存接口操作频率。这就限制了整个系统的性能提升。图衰8:过去主潦的系统PCB的限制，使得整个系统的性能提升遇到了瓶颈。比如，由于PCB线宽都没变化，所以处理器和内存之间的连线密度也保持不变。换句话说，在处理器和内存封装大小不大变的情况下，处理器和内存之间的连线数量不会显著变化。而内存的带宽等于内存接口位宽乘以内存接口操作频率。内存输出位宽等于处理器和内存之间的连线数量，在十年间受到PCB板工艺的限制一直是64bit没有发生变化。所以想提升内存带宽只有提高内存接口操作频率。这就限制了整个系统的性能提升。图衰8:过去主潦的

5、系统 圆片减薄圆片减薄是指从圆片背面采用机械或化学机械（CMP）方式进行研磨,将圆片减薄到适合封装的程度。由于圆片的尺寸越来越大，为了增加圆片的机械强度，防止在加工过程中发生变形、开裂，其厚度也一直在增加。但是随着系统朝轻薄短小的方向发展，芯片封装后模块的厚度变得越来越薄，因此在封装之前一定要将圆片的厚度减薄到可以接受的程度，以满足芯片装配的要求。 圆片切割圆片减薄后，可以进行划片。较老式的划片机是手动操作的，现在一般的划片机都已实现全自动化。无论是部分划线还是完全分割硅片，目前均采用锯刀，因为它划出的边缘整齐，很少有碎屑和裂口产生。 芯片粘结已切割下来的芯片要贴装到框架的中间焊盘上。焊盘的尺

6、寸要和芯片大小相匹配，若焊盘尺寸太大，则会导致引线跨度太大，在转移成型过程中会由于流动产生的应力而造成引线弯曲及芯片位移现象。贴装的方式可以是用软焊料（指Pb-Sn合金,尤其是含Sn的合金）、Au-Si低共熔合金等焊接到基板上，在塑料封装中最常用的方法是使用聚合物粘结剂粘贴到金属框架上。 引线键合在塑料封装中使用的引线主要是金线，其直径一般为0.025mm0.032mm0引线的长度常在L5mm3mm之间，而弧圈的高度可比芯片所在平面高075mmo键合技术有热压焊、热超声焊等。这些技术优点是容易形成球形（即焊球技术），并防止金线氧化。为了降低成本，也在研究用其他金属丝,如铝、铜、银、钿等来替代金

7、丝键合。热压焊的条件是两种金属表面紧紧接触，控制时间、温度、压力，使得两种金属发生连接。表面粗糙（不平整）、有氧化层形成或是有化学沾污、吸潮等都会影响到键合效果，降低键合强度。热压焊的温度在300oC-400oCz时间一般为40ms（通常，加上寻找键合位置等程序，键合速度是每秒二线）o超声焊的优点是可避免高温，因为它用20kHz60kHz的超声振动提供焊接所需的能量，所以焊接温度可以降低一些。将热和超声能量同时用于键合，就是所谓的热超声焊。与热压焊相比，热超声焊最大的优点是将键合温度从350降至I25（C左右（也有人认为可以用10015（C的条件），这可以大大降低在铝焊盘上形成Au-AI金属间

8、化合物的可能性，延长器件寿命，同时降低了电路参数的漂移。在引线键合方面的改进主要是因为需要越来越薄的封装，有些超薄封装的厚度仅有04mm左右。所以引线环（lp）从一般的200m300m减小到100m125m,这样引线张力就很大，绷得很紧。另外，在基片上的引线焊盘外围通常有两条环状电源/地线，键合时要防止金线与其短路，其最小间隙必须625m,要求键合引线必须具有高的线性度和良好的弧形。等离子清洗清洗的重要作用之一是提高膜的附着力，如在Si衬底上沉积Au膜，经Ar等离子体处理掉表面的碳氢化合物和其他污染物，明显改善了Au的附着力。等离子体处理后的基体表面，会留下一层含氟化物的灰色物质，可用溶液去掉

9、。同时清洗也有利于改善表面黏着性和润湿性。液态密封剂灌封将已贴装好芯片并完成引线键合的框架带置于模具中,将塑封料的预成型块在预热炉中加热（预热温度在9（TC95OC之间），然后放进转移成型机的转移罐中。在转移成型活塞的压力之下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔（在整个过程中，模具温度保持在170175C左右）。塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定的硬度，然后用顶杆顶出模块，成型过程就完成了。对于大多数塑封料来说，在模具中保压几分钟后，模块的硬度足可以达到允许顶出的程度，但是聚合物的固化（聚合）并未全部完成。由于材料的聚合度（化程度）强烈影响材料的玻璃化转变温度及

10、热应力，所以促使材料全部固化以达到一个稳定的状态，对于提高器件可靠性是十分重要的，后化就是为了提高塑封料的聚合度而必需的工艺步骤，一般后固化条件为170C175C,2h4h0图表Th包封环节的工艺流程来源：如同.大风证券研究所液态密封剂灌封目前业内采用的植球方法有两种：锡膏+锡球和助焊膏锡球。锡膏+锡球植球方法是业界公认的最好标准的植球法，用这种方法植出的球焊接性好、光泽好，熔锡过程不会出现焊球偏置现象，较易控制，具体做法就是先把锡膏印刷到BGA的焊盘上,再用植球机或丝网印刷在上面加上一定大小的锡球，这时锡膏起的作用就是粘住锡球，并在加温的时候让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更全面，使锡球

11、熔锡后与焊盘焊接性更好并减少虚焊的可能。表面打标打标就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识,包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。图表Th包封环节的工艺流程来源：如同.大风证券研究所液态密封剂灌封目前业内采用的植球方法有两种：锡膏+锡球和助焊膏锡球。锡膏+锡球植球方法是业界公认的最好标准的植球法，用这种方法植出的球焊接性好、光泽好，熔锡过程不会出现焊球偏置现象，较易控制，具体做法就是先把锡膏印刷到BGA的焊盘上,再用植球机或丝网印刷在上面加上一定大小的锡球，这时锡膏起的作用就是粘住锡球，并在加温的时候让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更全面，使锡球熔锡

12、后与焊盘焊接性更好并减少虚焊的可能。表面打标打标就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识,包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。图表Th包封环节的工艺流程来源：如同.大风证券研究所液态密封剂灌封目前业内采用的植球方法有两种：锡膏+锡球和助焊膏锡球。锡膏+锡球植球方法是业界公认的最好标准的植球法，用这种方法植出的球焊接性好、光泽好，熔锡过程不会出现焊球偏置现象，较易控制，具体做法就是先把锡膏印刷到BGA的焊盘上,再用植球机或丝网印刷在上面加上一定大小的锡球，这时锡膏起的作用就是粘住锡球，并在加温的时候让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更全面，使锡球熔锡后与

13、焊盘焊接性更好并减少虚焊的可能。表面打标打标就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识,包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。图表Th包封环节的工艺流程来源：如同.大风证券研究所液态密封剂灌封目前业内采用的植球方法有两种：锡膏+锡球和助焊膏锡球。锡膏+锡球植球方法是业界公认的最好标准的植球法，用这种方法植出的球焊接性好、光泽好，熔锡过程不会出现焊球偏置现象，较易控制，具体做法就是先把锡膏印刷到BGA的焊盘上,再用植球机或丝网印刷在上面加上一定大小的锡球，这时锡膏起的作用就是粘住锡球，并在加温的时候让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更全面，使锡球熔锡后与焊盘

14、焊接性更好并减少虚焊的可能。表面打标打标就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识,包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势，降低成本，缩短上市时间,同时克服了SOC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难度。手机中的射频功放，集成了频功放、功率控制及收发转换开关等功能，完整的在SiP中得到了解决。图表15:RFPASiP来源：IC封找设计.大风证赤发究所汽车电子是SiP的重要应用场景。汽车电子里的SiP应用正在逐渐增加。以发动机控制单元（ECU）举例，ECU由微处理器（CPU）,存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。各类型的芯片之间工艺不同,目前较多采用SiP的方式将芯片整合在一起成为完整的控制系统。另外，汽车防抱死系统（ABS）、燃油喷射控制系统、安全气囊电子系统、方向盘控制系统、轮胎低气压报警系统等各个单元，采用SiP的形式也在不断增多。此外，SIP技术在快速增长的车载办公系统和娱乐系统中也获得了成功的应用。现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势，降低成本，缩短上市时间,同时克服了SOC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干