科幻片中的微科技- 從IBM世界最小電腦看先進封裝技術(shù)

電腦是日常生活中必不可少的工具。大型計算機、云計算中心、服務(wù)器、PC、筆記本、手機、手表……這些常見的設(shè)備相信大家都很熟悉了，今天不再闡述，我們這次主要來說說微型設(shè)備。

IBM世界最小電腦引發(fā)的思考

經(jīng)常能在科幻電影中看到一些酷炫的微型裝備，其實大部分已經(jīng)在我們的現(xiàn)實生活中陸續(xù)出現(xiàn)了：

2012年上市的微型電腦，名稱樹莓派，外形只有銀行卡大小，售價200多元，可以連接顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、網(wǎng)線，可滿足日常辦公、看電影、上網(wǎng)等基本需求。

樹莓派

CES2015年度大會上，英特爾展示過一款迷你PC，國外俗稱“電腦棒”，其規(guī)格尺寸僅為10.1*5*0.6厘米，重量141g，而且在如此小的體積之下，塞進去的硬件配置有英特爾Cherry Trail Atom 四核處理器、2GB DDR3L內(nèi)存以及32GB eMMC閃存等。更為值得一提的是，體積雖然大幅縮小，但運行性能非常不錯，不僅支持MicroSD（TF）擴展卡，還支持802.11bgn無線網(wǎng)絡(luò)連接和藍(lán)牙4.0。

電腦棒

2018年3月份，在拉斯維加斯舉辦的 IBM Think 2018 大會上，IBM 最新推出了 1 毫米 x 1 毫米的超小型電腦。通過應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，它能夠用來跟蹤商品、藥物等運輸情況，預(yù)防偷竊以及詐騙。

IBM推出的超小型電腦

2018年6月24日消息，美國密歇根大學(xué)已經(jīng)制造出了世界上最小的計算機，全長只有0.3毫米，在微縮計算機領(lǐng)域完全超越了IBM公司。從下圖可以很明顯的看出，研究人員創(chuàng)造的這種微型裝置與大米粒相比，簡直是小巫見大巫。而之所以說它是臺電腦，是因為其搭載了基于ARM Cortex M0+設(shè)計的處理器為主運算單元，用來控制和輸出傳感資料。

密歇根大學(xué)推出的最小計算機

縱觀電腦小型化演進的歷程，我們不難看出，在更適宜的應(yīng)用場景下，便攜、易用、能耗、成本等因素為其主要考量點，而且從組裝/封裝結(jié)構(gòu)上看，不管是早期的傳統(tǒng)組裝，還是模塊封裝，亦或是如今的晶元級封裝（如0.3mm的微縮計算機，則是基于晶元級封裝技術(shù)制造出來的），其核心價值都在于要提供對芯片和電路的保護，縮短線路互聯(lián)路徑，降低損耗，提升可靠性，縮減工藝流程和降低成本。

先進封裝技術(shù)的應(yīng)用

微電子技術(shù)的不斷進步使得電子信息系統(tǒng)朝著多功能化、小型化與低成本的方向全面發(fā)展。其中封裝工藝正扮演著越來越重要的角色，直接影響著器件和集成電路的電、熱、光和機械性能，決定著電子產(chǎn)品的大小、重量、應(yīng)用方便性、壽命、性能和成本，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴、傳感器、電源管理、AI人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用，更是愈發(fā)突顯其價值和優(yōu)勢。

物聯(lián)網(wǎng)模塊應(yīng)用

同樣功能的物聯(lián)網(wǎng)模塊，封裝SIP內(nèi)部集成了MCU、LoRa、加密芯片、晶振、電容、電阻、電感，其中MCU和LoRa射頻芯片、阻容感等平鋪布置，MCU和解密芯片3D堆疊布置，最終封裝為LGA形式，尺寸10x10x1mm。SiP尺寸只有原來PCBA模塊的1/14，對于終端應(yīng)用，無論體積、成本還是性能都有極大優(yōu)勢。

智能穿戴應(yīng)用

在AppleWatch中看到了系統(tǒng)級封裝，這種封裝真正體現(xiàn)了將整個系統(tǒng)進行封裝的精髓。在這塊26.15mmx28.50mm的主板上，集成了多達(dá)14顆左右核心芯片產(chǎn)品以及上百個電阻電容等元器件，這些元器件都各自有獨立的封裝，并被緊密有序的排列在主板上，除了慣性組合傳感器產(chǎn)品外，其他都被整個封裝在一起。主板整體封裝的縱向解剖圖片顯示，整個系統(tǒng)級封裝的厚度僅為1.16mm。

無人機應(yīng)用

如17年MIT推出的微型無人機導(dǎo)航芯片，這枚新的芯片被取名為“Navion”，僅有 20 平方毫米大小，大概和樂高人偶的腳印差不多大。它耗能僅 24 毫瓦，幾乎只有普通燈泡耗能的千分之一。這是典型的SOC系統(tǒng)集成化應(yīng)用。

電源功率模塊的應(yīng)用

集成功率器件、變壓器、電感和驅(qū)動芯片，實現(xiàn)更低的損耗、更高的效率、更高的功率密度和更小的體積。如同樣400W的電源模塊，通過封裝，其體積縮減了90%！尤其在采用SiP封裝結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模塊化后，同步改善了模塊的可靠性，可以應(yīng)用于更惡劣的場景。而SIC 和 GAN材料的開發(fā)，更助推了電源芯片的小型大功率密度的發(fā)展，為將來的微型化設(shè)備供電提供了更優(yōu)質(zhì)的解決方案。

SiP先進封裝技術(shù)的騰飛

通過對應(yīng)用市場的分析，不難看出，SIP/SOC 先進封裝技術(shù)在未來半導(dǎo)體制造領(lǐng)域應(yīng)用的美好前景。

根據(jù)國際半導(dǎo)體路線組織（ITRS）的定義：SiP為將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。從架構(gòu)上來講，SiP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內(nèi)，從而實現(xiàn)一個基本完整的功能，與SOC（片上系統(tǒng)）相對應(yīng)。不同的是系統(tǒng)級封裝是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式。

SiP具有開發(fā)周期短、功能更多、功耗更低、性能更優(yōu)良、封裝工藝組合更靈活，成本價格更低、體積更小、質(zhì)量更輕等優(yōu)點。

隨著設(shè)備小型化的發(fā)展，業(yè)界對芯片的封裝形式有了新的需求，尤其是物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的發(fā)展，讓SiP封裝技術(shù)逐漸成為主流。但物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)主要以云平臺、軟件、服務(wù)為核心，SiP則跨步到了半導(dǎo)體行業(yè)，半導(dǎo)體的技術(shù)并非他們所擅長。若能有一個平臺，將物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與SiP技術(shù)相結(jié)合，對物聯(lián)網(wǎng)市場來說，極有幫助。

SiP封裝方案商——長芯半導(dǎo)體

基于此，長芯半導(dǎo)體推出了一個開放的物聯(lián)網(wǎng)SiP制造平臺——M.D.E.Spackage，該平臺提供現(xiàn)有的、成熟的SiP系統(tǒng)方案和晶圓庫。

通過M.D.E.Spackage平臺，客戶可以有兩種方式定制自己的SiP芯片：

1.選擇平臺內(nèi)成熟的SiP方案。長芯半導(dǎo)體實現(xiàn)從芯片到SiP云端的全程定制，不需要客戶觸及復(fù)雜的半導(dǎo)體技術(shù)；

2.從M.D.E.Spackage數(shù)據(jù)庫選擇成熟的芯片（比如處理器、內(nèi)存、傳感器等），像搭積木一樣搭建自己的SiP系統(tǒng)，長芯半導(dǎo)體則以更低的成本，更快速的周轉(zhuǎn)時間，更小的尺寸，以及更強的擴展能力來構(gòu)建滿足客戶需求的SiP封裝。

也就是說，哪怕你一點都不懂半導(dǎo)體技術(shù)，通過M.D.E.Spackage平臺也能根據(jù)下單入口的指引快速完成下單！

不僅如此，長芯半導(dǎo)體的生產(chǎn)線還配備了SMT含F(xiàn)C貼裝能力、研磨切割，Die Attach、Wire bond（金、銀、銅線）、Molding，激光異形切割，濺射，Underfill點膠，植球，F(xiàn)A&可靠性試驗等涵蓋所有SiP工藝的設(shè)備，能自主實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)SiP封裝設(shè)計、SiP封裝封測、SiP封裝系統(tǒng)設(shè)計等一站式服務(wù)需求。