SIP的優(yōu)勢特性
SIP技術(shù)已有若干重要突破，架構(gòu)上將芯片平面置放改為堆疊式封裝的精、密度增加，性能大大提高，代表著封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢，在多方面存在極大的優(yōu)勢特性，現(xiàn)大體歸納如下：

①SIP采用一個封裝來完成一個系統(tǒng)目標產(chǎn)品的全部互連以及功能和性能參數(shù)，可同時利用引線鍵合與倒裝焊互連以及別的IC芯片直接內(nèi)連技術(shù)；

②封面積比增大，SIP在同一封裝中疊加兩個或更多的芯片，把Z方向的空間也利用起來，又不必增加封裝引腳，兩芯片疊裝在同一殼內(nèi)的封裝與芯片面積比增加到170％，三芯片疊裝可增至250％；

③在物理尺寸上必定是小的，例如，SIP封裝體的厚度不斷減少，最先進的技術(shù)可實現(xiàn)五層堆疊芯片只有1．0mm厚的超薄封裝，三疊層芯片封裝的重量減輕35％；

④SIP可實現(xiàn)不同工藝，材料制作的芯片封裝形成一個系統(tǒng)，有很好的兼容性，并可實現(xiàn)嵌入集成化無源元件的夢幻組合，無線電和便攜式電子整機中現(xiàn)用的無源元件至少可被嵌入30-50％，甚至可將Si、GaAs、InP的芯片組合一體化封裝；

⑤SIP可提供低功耗和低噪聲的系統(tǒng)級連接，在較高的頻率下工作可以獲得較寬的帶寬，幾乎與SOC相等的總線帶寬；

⑥元件集成封裝在統(tǒng)一的外殼結(jié)構(gòu)中，可使總的焊點大為減少，也縮短了元件的連線路程，從而使電性能得以提高；

⑦縮短產(chǎn)品研制和投放市場的周期，SIP在對系統(tǒng)進行功能分析和劃分后，可充分利用商品化生產(chǎn)的芯片資源，經(jīng)過合理的電路互連結(jié)構(gòu)及封裝設(shè)計，易于修改、生產(chǎn)，力求以最佳方式和最低成本達到系統(tǒng)的設(shè)計性能，無需像SOC那樣進行版圖級布局布線，從而減少了設(shè)計、驗證、調(diào)試的復(fù)雜性與系統(tǒng)實現(xiàn)量產(chǎn)的時間，可比SOC節(jié)省更多的系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)費用，投放市場的時間至少可減少1／4；

⑧采取多項技術(shù)措施，確保SIP具有良好的抗機械和化學侵害的能力以及高可靠性。

毫無疑問，SIP與SOC、多芯片組件MCM等有很多驚人的相似之處，分別提供實現(xiàn)不同級別電子系統(tǒng)的變通方法，盡管存在區(qū)別但并不是相互對立的技術(shù)，而是相輔相成適應(yīng)市場的需求。SOC面臨多項制約，如研發(fā)成本高，設(shè)計周期長，驗證及生產(chǎn)工藝復(fù)雜等，在某些情況下是最佳選擇，但絕不是所有系統(tǒng)級集成的唯一選擇，多用于相對高端的市場，MCM將兩個以上裸芯片和片式元器件組裝在一塊高密度多層互連基板上，然后封裝在外殼內(nèi)構(gòu)成高密度功能電子組件、部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，多采用混合集成技術(shù)，主要應(yīng)用于有高可靠性要求而不太計較價格因素的高性能的電子領(lǐng)域中。與此相反，SIP是針對某個系統(tǒng)進行功能劃分，選擇優(yōu)化的IC芯片及元件來實現(xiàn)這些功能，采用成熟的高密度互連技術(shù)與單芯片封裝相同或相似的設(shè)備、材料、工藝技術(shù)制作生產(chǎn)，在封裝中構(gòu)成系統(tǒng)級集成，提高性能的同時降低成本，以其很高的性價比應(yīng)用于中端市場。SIP的很多優(yōu)勢特性逐漸顯露出來，所提出的最終目標是要研發(fā)獲得能夠靈活地將無源和有源元器件完全封裝集成到一起構(gòu)成系統(tǒng)的新技術(shù)。

SIP產(chǎn)品架構(gòu)
SIP以滿足手機等便攜式電子整機產(chǎn)品的體積不斷減小，功能日趨復(fù)雜的要求為發(fā)展契機，市場上已出現(xiàn)多種SIP產(chǎn)品架構(gòu)，首次應(yīng)用是將一個2Mb的SRAM和一個16Mb的閃存芯片疊加在一個封裝中，實現(xiàn)EEPROM功能，用于手機。此后，很多頂級半導(dǎo)體廠商推出SIP疊層式存儲器，可使小空間更快地存儲更多數(shù)據(jù)，支持手機添加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、數(shù)相機、娛樂、超小型PC等多種功能。Intel最先進的SIP技術(shù)可以讓五層堆疊的閃存芯片達到1.0mm薄的超薄封裝，已推出的5種產(chǎn)品具有X 16和X 32總線寬度以及SRAM、PSRAM、LP-SDRAM功能，存儲容量可達1Gb，芯片采用多極單元MLC技術(shù)與0．13μm工藝制造。開發(fā)出六片芯片SIP，其上部為四個芯片，底部是兩個芯片，尺寸大小為15×11×1.4mm，進一步支持手機的存儲容量越來越大的需要。在單塊存儲卡上SIP集成多個閃存芯片，將使手持設(shè)備能夠存儲數(shù)十分鐘長度的DVD視頻，成千上萬的高分辨率圖像，超過30小時的數(shù)字音樂，或者數(shù)千兆的數(shù)據(jù)文件等信息，現(xiàn)在閃存芯片發(fā)展到0．09μm工藝，0．07μm和0．05μm的新一代工藝技術(shù)也已開始研發(fā)，有什么樣的芯片，就需要相適應(yīng)的封裝，從過去的單一封裝殼體演變成與被封裝體不可分割的一部分，封裝已涉及到被封裝體內(nèi)，IC生產(chǎn)流程的集中整合和繼續(xù)垂直細分的趨勢同時存在，兩種截然相反的發(fā)展最終取決于生產(chǎn)體系的成本最小化因素。

從早期的將兩個、三個或更多存儲芯片疊裝在同一殼體內(nèi)，滿足高速數(shù)據(jù)速率的存儲帶寬的需求外，擴展到把不同種類芯片疊裝到一個殼內(nèi)，開發(fā)包括數(shù)字信號處理器DSP+SRAM+閃存，專用集成電路ASIC+存儲器，數(shù)字+模擬十射頻，微控制器+存儲器等其它的SIP應(yīng)用?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)大都需要完成兩種類型的運算，因而需要采用雙處理器的CPU+DSP解決方案，DSP用于完成語音、圖像、視頻、音頻信號的重復(fù)性復(fù)雜性運算的實時處理，CPU剛用于完成電源管理，人機界面協(xié)議棧操作，易于實現(xiàn)靈活控制，兩者各有短長，有融合的趨勢，兩個核封裝在一起，或?qū)SP的內(nèi)核移植到單片PCU中的SOC集成。SIP智能功率器件將系統(tǒng)的控制部分和功率場效應(yīng)MOS晶體管及驅(qū)動、保護、輔助電路等，融合于緊湊、性能強勁的絕緣式封裝內(nèi)。在1．6×1．6×0．6mm的SOT553／563單封裝內(nèi)集成多個瞬變電壓抑制元件，形成微型封裝集成瞬態(tài)電壓保護器件，減少占用電路板空間達36％，降低厚度40％。對SIP產(chǎn)品架構(gòu)方式的研發(fā)集中在片對片、片疊片、封裝在超薄型外殼內(nèi)再垂直疊放、襯底直焊等方面，芯片之間多數(shù)采用周邊互連，某些是用陣列式互連，也有采用直接式；間接式兩大類的互連，或晶圓級超級減薄露出內(nèi)連柱及鍵合形成的互連，作為有系統(tǒng)功能的整體IC應(yīng)用，但又不是一個單一的芯片。

SIP最張揚的架構(gòu)是可以在封裝內(nèi)封裝集成無源元件，首先將無源元件小型化及集成化后，再封裝在統(tǒng)一的封裝結(jié)構(gòu)中，有一種簡化結(jié)構(gòu)：基板20mm2，厚2mm，中心挖凹槽，以便鑲嵌一個約10mm見方、0．3mm薄的IC芯片(開凹槽可以降低總體厚度，降低厚度對于整機產(chǎn)品設(shè)計是非常關(guān)鍵的要求)，芯片上方與基板平齊，下方與基板之間充填10μm厚的環(huán)氧樹脂作膠接劑；芯片上方排列著100個直徑為67μm的接點，其間充填聚酰亞胺；接點上方制成各種電容、電阻及銅導(dǎo)體，它們之間以環(huán)氧樹脂絕緣。封裝內(nèi)無源元件的集成化有LTCC和低溫共燒鐵氧體LTCF等技術(shù)，分別形成集成電容器、電阻器、電感器、平面變壓器、EMI濾波器和EMI磁珠陣列等無源元件的陶瓷基板、磁性基板，盡可能多地將各種無源元件集成在一個單獨的封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，與在多層印制電路板中埋置無源元件、無源元件制作在硅芯片上同步發(fā)展。Philips的BGBl02體現(xiàn)了全新的SIP，在一個傳統(tǒng)的超小型6×6mmHVQFN封裝中結(jié)合了有源和無源元器件，綜合了所有的射頻組件，如收發(fā)器、平衡／不平衡變換器、切換和天線濾波器等，極大地簡化了藍牙應(yīng)用的開發(fā)和生產(chǎn)。有一種2．4GHz的SIP產(chǎn)品，將射頻、8051MCU、9通道12位。A／DC、外圍元件、電感和濾波器全部集合在尺寸6×6mm的QFN封裝中。還開發(fā)出存儲器與基帶IC的集合架構(gòu)，在一個封裝中集成了ASIC、CPU、同步DRAM、閃存各一片。

SIP的相關(guān)技術(shù)
SIP是IC產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中的知識、技術(shù)、方法相互滲透交融，綜合應(yīng)用的結(jié)果，最大限度地靈活利用各種不同芯片資源和封裝互連優(yōu)勢，盡可能地提高性能，降低成本，在做深做透的研發(fā)過程中涉及到多種技術(shù)問題，相關(guān)技術(shù)包括熱設(shè)計，I／O口的重分布，減薄大規(guī)模IC芯片的背面厚度，若干芯片的層疊組裝和高密集互連技術(shù)等。

在封裝設(shè)計中，熱設(shè)計是重要環(huán)節(jié)之一，熱失效已成為封裝失效的主要因素，占50％以上。對于SIP而言，系統(tǒng)的熱耗散問題也是至關(guān)緊要的，能否迅速散熱制約著設(shè)計的成敗，在設(shè)計SIP時，必須事先仿真由系統(tǒng)功耗引起的溫度分布狀況和熱傳遞過程，以數(shù)值模擬為手段，預(yù)測器件的傳熱特性，分析其對系統(tǒng)各方面的影響，并研究相應(yīng)的散熱處理方法，例如，采用導(dǎo)熱性能好的材料，或減少基板厚度，不使芯片產(chǎn)生熱失效所允許的輸人功率耗散密度。

SIP的片間總線性能已成為提高系統(tǒng)內(nèi)部總線帶寬的關(guān)鍵，SIP內(nèi)部芯片間采用的是非復(fù)用總線，使輸入和輸出路徑分開，有豐富的連線資源，靠得很近的芯片減少了片間總線長度及電容，擴展片間連線的信號位數(shù)，提高工作頻率。同時在片間也可以采用現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)總線標準作為折衷方案，使IC芯片不經(jīng)過大的改動即可應(yīng)用，設(shè)計出適合SIP的片內(nèi)總線和片間總線，能獲得很高的效益，系統(tǒng)總線傳輸數(shù)據(jù)的帶寬與時鐘頻率f，數(shù)據(jù)寬度W成正比。在封裝襯底信號層上的布線和對引腳的某些線路的重新布置，即可簡化芯片引腳與襯底的連接，互連線的延遲現(xiàn)象對于系統(tǒng)的設(shè)計有相當大的影響。

先進的封裝技術(shù)要求芯片的厚度不斷減薄，已制作圖形晶圓的背面減薄是封裝制造過程中的極為重要的工序，超精密磨削、研磨、拋光、腐蝕作為硅晶圓背面減薄工藝獲得廣泛應(yīng)用，減薄后的芯片可提高熱發(fā)散效率、機械性能、電性能、減小芯片封裝體積，減輕劃片加工量。目前，φ200mm已制作電路圖形晶片的減薄水平是0.12-0.15mm，φ300mm晶片要達到這一水平還需要采用化學機械拋光、等離子腐蝕、先劃片(半切割，切入晶圓后還剩下200μm)后研磨等技術(shù)，今后的發(fā)展趨勢是達到0．05mm以下的厚度。硅晶片上電路層的有效厚度一般為5-10μm，為保證其功能，并有一定的支撐厚度，晶片的減薄極限為20-30μm。占總厚度90％左右的晶片是為保證在芯片制造、測試、運送過程中有足夠的強度，φ300mm晶片的平均厚度為775μm，φ200mm晶片為725μm，因此，在電路層制作完成后，需要對其進行背面減薄，晶片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應(yīng)力也越小。

在兩個疊層芯片之間加入隔離層薄膜后的柱狀互連也可滿足布線要求，各層均敷銅箔并刻蝕出布線圖形，制作互連通孔并金屬化，然后疊層。超薄設(shè)計將具有粘接性熱塑樹脂用作絕緣層的柔性底板(單層布線)中介層來使用，極薄柔性底板把芯片包起來，形成柔性底板夾著芯片的“夾層結(jié)構(gòu)”，即使芯片厚度減薄到100μm以下，也不會使芯片受到過大的外力，在不損壞芯片的情況下就能將封裝層疊起來，在lmm的封裝高度內(nèi)可嵌人5個芯片。

為實現(xiàn)高速連接，必須仔細設(shè)計薄膜互連線路。

封裝發(fā)展趨勢表明，封裝設(shè)計自動化是個新興的技術(shù)領(lǐng)域，高性能的芯片設(shè)計越來越多地采用芯片倒裝技術(shù)，是SIP與集成的關(guān)鍵技術(shù)，通過芯片和襯底之間的電氣連接，可直接把裸芯片襯底封裝在一起，封裝與芯片設(shè)計的整合是不可避免的。

前景
SIP綜合運用現(xiàn)有的芯片資源及多種先進封裝技術(shù)的優(yōu)勢，有機結(jié)合起來由幾個芯片組成的系統(tǒng)構(gòu)筑而成的封裝，開拓了一種低成本系統(tǒng)集成的可行思路與方法，較好地解決了SOC中諸如工藝兼容、信號混合、電磁干擾EMI、芯片體積、開發(fā)成本等問題，在移動通信、藍牙模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機及外設(shè)、數(shù)碼產(chǎn)品、圖像傳感器等方面有很大的市場需求量。所Semico公司報道，世界SIP營銷收入將從2002年的8200萬美元增長到2007年的7．48億美元，年均增長率達55．6％。日本新近預(yù)測，2007年世界有關(guān)應(yīng)用SIP技術(shù)的LSI市場可望達1．2萬億日元，這是根據(jù)同期系統(tǒng)LSI的1／5可利用SIP技術(shù)計算而得的。

東芝的SIP目標是把移動電話的全部功能組合到一個封裝內(nèi)，Rohm大量生產(chǎn)用于PC機的SIP，Amkor公司月產(chǎn)百萬塊用于高頻通信及存儲器SIP。中國***封裝大廠正積極發(fā)展SIP，與韓國一爭高低。研究者發(fā)現(xiàn)：SIP技術(shù)需要克服的障礙不在于缺乏應(yīng)用，也不是生產(chǎn)廠商不樂意采用這項技術(shù)，而是成品率問題。