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早前,，蘋果發(fā)布了最新的apple watch手表，里面用到SIP封裝芯片,，從尺寸和性能上為新手表增色不少,。而芯片發(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升(摩爾定律)，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市場的需求(超越摩爾定律)。本文從五個(gè)方面來剖析SIP封裝工藝,，從而讓大家看懂SIP封裝的真正用途,。SiP模組是一個(gè)功能齊全的子系統(tǒng),，它將一個(gè)或多個(gè)IC芯片及被動(dòng)元件整合在一個(gè)封裝中,。此IC芯片(采用不同的技術(shù)：CMOS、BiCMOS,、GaAs等)是Wire bonding芯片或Flipchip芯片,，貼裝在Leadfream、Substrate或LTCC基板上,。被動(dòng)元器件如RLC及濾波器(SAW/BAW/Balun等)以分離式被動(dòng)元件,、整合性被動(dòng)元件或嵌入式被動(dòng)元件的方式整合在一個(gè)模組中。當(dāng)產(chǎn)品功能越來越多,，同時(shí)電路板空間布局受限,，無法再設(shè)計(jì)更多元件和電路時(shí)，設(shè)計(jì)者會(huì)將此PCB板功能連帶各種有源或無源元件集成在一種IC芯片上,，以完成對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì),，即SIP應(yīng)用。在相同的功能上,，SIP模組將多種芯片集成在一起，相對(duì)獨(dú)立封裝的IC更能節(jié)省PCB的空間,。SIP模組板身是一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，用在更大的系統(tǒng)中,，調(diào)試階段能更快的完成預(yù)測及預(yù)審,。SIP模組價(jià)格雖比單個(gè)零件昂貴,，然而PCB空間縮小,，低故障率、低測試成本及簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì),，使總體成本減少,。通過SIP里整合分離被動(dòng)元件,，降低不良率,，從而提高整體產(chǎn)品的成品率。模組采用高階的IC封裝工藝,，減少系統(tǒng)故障率,。SIP將復(fù)雜的電路融入模組中，降低PCB電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,。SIP模組提供快速更換功能,，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員輕易加入所需功能。SIP模組出貨前已經(jīng)過測試,，減少整機(jī)系統(tǒng)測試時(shí)間。SIP模組能夠減少倉庫備料的項(xiàng)目及數(shù)量,，簡化生產(chǎn)的步驟。SIP封裝制程按照芯片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝焊兩種,。引線封裝工藝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為保持一定的可操持性，F(xiàn)oundry出來的圓厚度一般在700um左右,。封測廠必須將其研磨減薄,，才適用于切割、組裝,，一般需要研磨到200um左右,，一些疊die結(jié)構(gòu)的memory封裝則需研磨到50um以下,。圓片減薄后,，可以進(jìn)行劃片，劃片前需要將晶元粘貼在藍(lán)膜上,，通過sawwing工序,，將wafer切成一個(gè) 一個(gè) 獨(dú)立的Dice。目前主要有兩種方式：刀片切割和激光切割,。貼裝的方式可以是用軟焊料(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,，在塑料封裝中最常用的方法是使用聚合物粘結(jié)劑粘貼到金屬框架上,。在塑料封裝中使用的引線主要是金線，其直徑一般0.025mm～0.032mm,。引線的長度常在1.5mm～3mm之間,，而弧圈的高度可比芯片所在平面高0.75mm。鍵合技術(shù)有熱壓焊,、熱超聲焊等,。清洗的重要作用之一是提高膜的附著力。等離子體處理后的基體表面,，會(huì)留下一層含氯化物的灰色物質(zhì),，可用溶液去掉,。同時(shí)清洗也有利于改善表面黏著性。將已貼裝好芯片并完成引線鍵合的框架帶置于模具中,，將塑封料的預(yù)成型塊在預(yù)熱爐中加熱,，并進(jìn)行注塑。目前業(yè)內(nèi)采用的植球方法有兩種：“錫膏”+“錫球”和“助焊膏”+“錫球”,。具體做法就是先把錫膏印刷到BGA的焊盤上,，再用植球機(jī)或絲網(wǎng)印刷在上面加上一定大小的錫球。“助焊膏”+“錫球”是用助焊膏來代替錫膏的角色,。打標(biāo)就是在封裝模塊的頂表面印上去不掉的,、字跡清楚的字母和標(biāo)識(shí)，包括制造商的信息,、國家,、器件代碼等，主要介紹激光印碼,。為了提高生產(chǎn)效率和節(jié)約材料,，大多數(shù)SIP的組裝工作都是以陣列組合的方式進(jìn)行，在完成模塑與測試工序以后進(jìn)行劃分,，分割成為單個(gè)的器件,。劃分分割主要采用沖壓工藝。它利用測試設(shè)備(Testing Equipment)以及自動(dòng)分選器(Handler),，測定封裝IC的電氣特性,，把良品、不良品區(qū)分開來;對(duì)某些產(chǎn)品,，還要根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行良品的分級(jí),。測試按功能可分為DC測試(直流特性)、AC測試(交流特性或timing特性)及FT測試(邏輯功能測試)三大類,。同時(shí)還有一些輔助工序,，如BT老化、插入,、拔出,、實(shí)裝測試、電容充放電測試等,。主要目的是保證運(yùn)輸過程中的產(chǎn)品安全,，及長期存放時(shí)的產(chǎn)品可靠性。對(duì)包裝材料的強(qiáng)度,、重量,、溫濕度特性、抗靜電性能都有一定的要求,。主要材料有Tray盤,，抗靜電袋,，干燥劑、濕度卡,，紙箱等,。包裝完畢后，直接入庫或按照要求裝箱后直接發(fā)貨給客戶,。為了增加引線間距并滿足倒裝焊工藝的要求,，需要對(duì)芯片的引線進(jìn)行再分布。焊盤再分布完成之后,，需要在芯片上的焊盤添加凸點(diǎn),，焊料凸點(diǎn)制作技術(shù)可采用電鍍法、化學(xué)鍍法,、蒸發(fā)法,、置球法和焊膏印盡4法。目前仍以電鍍法最為廣泛,，其次是焊膏印刷法,。在整個(gè)芯片鍵合表面按柵陣形狀布置好焊料凸點(diǎn)后,，芯片以倒扣方式安裝在封裝基板上,，通過凸點(diǎn)與基板上的焊盤實(shí)現(xiàn)電氣連接，取代了WB和TAB在周邊布置端子的連接方式,。倒裝鍵合完畢后,，在芯片與基板間用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充，可以減少施加在凸點(diǎn)上的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,，比不進(jìn)行填充的可靠性提高了l到2個(gè)數(shù)量級(jí),。隨著產(chǎn)品集成化程度越來越高,，產(chǎn)品小型化趨勢不可避免，因此0201元件在芯片級(jí)制造領(lǐng)域受到微型化發(fā)展趨勢,，將被逐步淘汰,。隨著蘋果i-watch的面世，SIP的空間設(shè)計(jì)受到挑戰(zhàn),，伴隨蘋果,，三星等移動(dòng)設(shè)備的高標(biāo)要求，01005 chip元件開始普遍應(yīng)用在芯片級(jí)制造領(lǐng)域,。SIP工藝的發(fā)展,，要求元件板身必須小型化，隨著集成的功能越來越多,，PCB承載的功能將逐步轉(zhuǎn)移到SIP芯片上,，這就要求SIP在滿足功能的前提下,，還能降尺寸控制在合理范圍，由此催生出0201元件的推廣與應(yīng)用,。隨著SIP元件的推廣,，SIP封裝所需元件數(shù)量和種類越來越多，在尺寸受限或不變的前提下,，要求單位面積內(nèi)元件密集程度必須增加,。SIP板身元件尺寸小，密度高,，數(shù)量多,，傳統(tǒng)貼片機(jī)配置難以滿足其貼片要求，因此需要精度更高的貼片設(shè)備,，才能滿足其工藝要求,。SIP工藝板身就是系統(tǒng)集成化的結(jié)晶，但是隨著元件小型化和布局的密集化程度越來越高,，勢必度傳統(tǒng)工藝提出挑戰(zhàn),，印刷，貼片,，回流面臨前所未有的工藝挑戰(zhàn),，因此需要工藝管控界限向著6 Sigma靠近，以提高良率,。因便攜式產(chǎn)品的不斷發(fā)展,，功能集成越來越多，勢必要求在原SIP工藝基礎(chǔ)上,，增加更多功能模塊,，傳統(tǒng)的電容電阻已無法滿足多功能集成化要求，因此需要引入異形元件進(jìn)行擴(kuò)展,，因此如何在精密化的集成基板上,，進(jìn)行異形元件的貼裝，給工藝帶來不小挑戰(zhàn),，這就要求設(shè)備精度高,，穩(wěn)定性好，處理更智能化方可滿足,。前期投入大,，回報(bào)周期長，工藝復(fù)雜,，人工成本高,，產(chǎn)品良率低，耗損大,。需要大型,，穩(wěn)定,，利潤率較大的項(xiàng)目方能支撐SIP技術(shù)的持續(xù)運(yùn)行。SIP集成化越來越復(fù)雜,，元件種類越來越多定制清洗設(shè)備、清洗溶液要求,、清洗參數(shù)驗(yàn)證,、清洗標(biāo)準(zhǔn)制定植球設(shè)備選擇、植球球徑要求,、球體共面性檢查,、BGA測試、助焊劑殘留要求SIP技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的系統(tǒng)集成和封裝技術(shù),，與其它封裝技術(shù)相比較,，SIP技術(shù)具有一系列獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，滿足了當(dāng)今電子產(chǎn)品更輕,、更小和更薄的發(fā)展需求,，在微電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。,。此外,，國際上至今尚沒有制定出SIP技術(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度妨礙了SIP技術(shù)的推廣應(yīng)用,。由此可見,，未來SIP技術(shù)的發(fā)展還面臨著一系列的問題和挑戰(zhàn)，有待于軟件,、IC、封裝,、材料和設(shè)備等專業(yè)廠家密切合作,，共同發(fā)展和提升SIP技術(shù)。
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