SiP主流的封裝結(jié)構(gòu)形式

近年來，半導(dǎo)體公司面臨更復(fù)雜的高集成度芯片封裝的挑戰(zhàn)，消費(fèi)者希望他們的電子產(chǎn)品體積更小，性能參數(shù)更高，功耗更低，并將更多功能集成到單部設(shè)備中。半導(dǎo)體封裝工藝的提升，對(duì)于解決這些挑戰(zhàn)具有重要意義。當(dāng)前和未來的芯片封裝工藝，對(duì)于提高系統(tǒng)性能，增加使用功能，降低系統(tǒng)功耗、縮小外形尺寸的要求，需要一種被稱為系統(tǒng)集成的先進(jìn)封裝方法。

系統(tǒng)集成封裝（System in Package）可將多個(gè)集成電路 (IC) 和元器件組合到單個(gè)系統(tǒng)或模塊化系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)更高的性能，功能和處理速度，同時(shí)大幅降低電子器件內(nèi)部的空間要求。

本系列將分為工藝技術(shù)、軟件平臺(tái)、質(zhì)量管理、先進(jìn)封裝等章節(jié)，內(nèi)容會(huì)持續(xù)更新，謝謝。

SiP概念

SiP的基本定義

SiP封裝（System In Package系統(tǒng)級(jí)封裝）是將多種功能芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等功能芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能，與SOC（System On Chip系統(tǒng)級(jí)芯片）相對(duì)應(yīng)。不同的是SiP是采用不同功能的芯片在基板上進(jìn)行并排或疊構(gòu)后組成功能系統(tǒng)后進(jìn)行封裝。而SOC則是將所需的組件高度集成在一塊芯片上進(jìn)行封裝。

SiP主流的封裝結(jié)構(gòu)形式

SiP主流的封裝形式有可為多芯片模塊(Multi-chipModule；MCM)的平面式2D封裝，2D封裝中有Stacked Die Module、Substrate Module、FcFBGA/LGA SiP、Hybrid（flip chip+wirebond）SiP-single sided、Hybrid SiP-double sided、eWLB SiP、fcBGA SiP等形式；2.5D封裝中有Antenna-in-Package-SiP Laminate eWLB、eWLB-PoP&2.5D SiP等形式；3D結(jié)構(gòu)是將芯片與芯片直接堆疊，可采用引線鍵合、倒裝芯片或二者混合的組裝工藝，也可采用硅通孔技術(shù)進(jìn)行互連。

構(gòu)成SiP技術(shù)的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括基板，LTCC，SiliconSubmount(其本身也可以是一塊IC)。后者包括傳統(tǒng)封裝工藝(Wirebond和FlipChip)JI和SMT設(shè)備。無源器件是SiP的一個(gè)重要組成部分，其中一些可以與載體集成為一體(Embedded，MCM-D等)，另一些(精度高、Q值高、數(shù)值高的電感、電容等)通過SMT組裝在載體上。

SiP的主流封裝形式是BGA。就目前的技術(shù)狀況看，SiP本身沒有特殊的工藝或材料。這并不是說具備傳統(tǒng)先進(jìn)封裝技術(shù)就掌握了SiP技術(shù)。由于SiP的產(chǎn)業(yè)模式不再是單一的代工，模塊劃分和電路設(shè)計(jì)是另外的重要因素。模塊劃分是指從電子設(shè)備中分離出一塊功能，既便于后續(xù)的整機(jī)集成又便于SiP封裝。

（表1：SiP的分類）

SiP的應(yīng)用領(lǐng)域

（表2：SiP應(yīng)用領(lǐng)域分類）

SiP與SoC封裝特性比對(duì)

（表3：SiP封裝與Soc特性對(duì)比）

（表4：SiP封裝的優(yōu)勢(shì)）

SiP工藝技術(shù)難點(diǎn)

清洗

定制清洗設(shè)備、清洗溶液要求、清洗參數(shù)驗(yàn)證、清洗標(biāo)準(zhǔn)制定；

植球

植球設(shè)備選擇、植球球徑大小、球體共面性檢查、BGA測(cè)試、助焊劑殘留要求等；

基板

陶瓷基板的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證難度高，工藝難度高，加工成本高；

有機(jī)基板的導(dǎo)熱性差，容易導(dǎo)致IC焊接處電氣鏈接失效。

SiP封裝工藝介紹

SiP封裝技術(shù)采取多種裸芯片或模塊進(jìn)行排列組裝，若就排列方式進(jìn)行區(qū)分可大體分為平面式2D封裝和3D封裝的結(jié)構(gòu)。相對(duì)于2D封裝，采用堆疊的3D封裝技術(shù)又可以增加使用晶圓或模塊的數(shù)量，從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)SiP技術(shù)的功能整合能力。而內(nèi)部接合技術(shù)可以是單純的線鍵合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。

目前世界上最先進(jìn)的3D SiP 采用 Interposer（硅基中介層）將裸晶通過TSV（硅穿孔工藝）與基板結(jié)合。先進(jìn)封裝篇詳細(xì)介紹。

SiP封裝工藝流程

與SiP相關(guān)的Wire Bond 、FC、SMT工藝流程如下圖：

**Wire Bond工藝流程圖

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FC工藝流程圖

SMT工藝流程圖

通常當(dāng)Wire Bond 封裝中需要對(duì)SMT器件進(jìn)行貼裝時(shí)，在置晶前完成四道工序：基板烘烤→錫膏印刷→表面貼裝→回流焊；

通常當(dāng)FC封裝中需要對(duì)SMT器件進(jìn)行貼裝時(shí)，在倒裝芯片鍵合后，進(jìn)行貼裝，并完成回流焊工序。

SiP封裝基板

半導(dǎo)體芯片封裝基板是封裝測(cè)試環(huán)境的關(guān)鍵載體，SiP封裝基板具有薄形化、高密度、高精度等技術(shù)特點(diǎn)，為芯片提供支撐，散熱和保護(hù)，同時(shí)提供芯片與基板之間的供電和機(jī)械鏈接。

基板的分類

封裝基板的分類有很多種，目前業(yè)界比較認(rèn)可的是從增強(qiáng)材料和結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行分類。

結(jié)構(gòu)分類：剛性基板材料和柔性基板材料。

增強(qiáng)材料分類：有有機(jī)系（樹脂系）、無機(jī)系（陶瓷系、金屬系）和復(fù)合系

基板的處理

基板表面處理方式主要有：熱風(fēng)整平、有機(jī)可焊性保護(hù)涂層、化學(xué)鎳金、電鍍金。

化學(xué)鎳金：

化學(xué)鎳金是采用金鹽及催化劑在80~100℃的溫度下通過化學(xué)反應(yīng)析出金層的方法進(jìn)行涂覆的，成本比電鍍低，但是難以控制沉淀的金屬厚度，表面硬并且平整度差，不適合作為采用引線鍵合工藝封裝基板的表面處理方式。

電鍍鎳金：

電鍍是指借助外界直流電的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，是導(dǎo)電體（例如金屬）的表面趁機(jī)金屬或合金層。電鍍分為電鍍硬金和軟金工藝，鍍硬金與軟金的工藝基本相同，槽液組成也基本相同，區(qū)別是硬金槽內(nèi)添加了一些微量金屬鎳或鈷或鐵等元素，由于電鍍工藝中鍍層金屬的厚度和成分容易控制，并且平整度優(yōu)良，所以在采用鍵合工藝的封裝基板進(jìn)行表面處理時(shí)，一般采用電鍍鎳金工藝，鋁線的鍵合一般采用硬金，金線的鍵合一般都用軟金。