SIP系統(tǒng)級(jí)封裝工藝流程與技術(shù)
系統(tǒng)級(jí)封裝 (System in Package, SiP)是指將單個(gè)或多個(gè)芯片與各類(lèi)元件通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特定的封裝工藝集成于單一封裝體或模塊，從而實(shí)現(xiàn)具完整功能的電路集成，如圖所示。與系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC)常用于集成數(shù)字及邏輯電路不同，系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)更適用于無(wú)法(或非常困難)在單一芯片上實(shí)現(xiàn)功能集成的微波、射頻、功率等模擬電路的應(yīng)用。
作為一種通過(guò)封裝工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)集成電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和封測(cè)的主要技術(shù)和方法，SiP 并沒(méi)有固定的封裝形式和工藝，它可以在現(xiàn)有的大部分封裝類(lèi)型上實(shí)現(xiàn)。通常，SiP 因?yàn)楫a(chǎn)品功能多樣化而選擇相對(duì)靈活的 LGA 設(shè)計(jì)如圖所示。但隨著該技術(shù)在更大、更復(fù)雜的系統(tǒng)電路中的迅速推廣，可以提供更多I/0 端口的 BGA 及整體化模塊也逐漸得以廣泛使用。另外，SiP 封裝模塊經(jīng)常需要進(jìn)行電磁屏蒰以消除模塊電路與環(huán)境之間的交互影響，而電磁屏蔽通常可以利用簡(jiǎn)單的金屬蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，高性能、高可靠性的 SiP 模塊也越來(lái)越多地使用塑封料包封加金屬涂層的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁屏。
SiP 使用的基板和載體類(lèi)型主要包括：薄膜厚膜及低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC)基板;高密度的引線(xiàn)框基板;單層、多層及埋人式的有機(jī)基板;扇出型圓片級(jí)無(wú)基板再布線(xiàn)(RDL)連按等。
SiP 的主要封裝工藝方法和結(jié)構(gòu)包括：多芯片SMT + WB/FC;芯片堆疊 SMT + WB/FC; 高密度3D/2.5D 封裝;疊層封裝(POP);扇出型圓片級(jí)SiP等。
SiP 典型工藝流程如圖所示。由于 SiP涉及大量的多種類(lèi)芯片和元器件，需要增加新的封裝工藝，如 SMT、電磁屏蔽濺射涂層等。雖然主要的半導(dǎo)體封裝工藝和設(shè)備可以共享，但 SP 工藝對(duì)這些通用封裝工藝也有很多特殊的新要求。
(1)高密度小間距表面貼裝：SiP 技術(shù)是推動(dòng)元件及預(yù)封裝芯片 (WICSP、超薄超小CSP)尺寸微型化的最大驅(qū)動(dòng)力，0201、01005區(qū)更小尺寸 008004 的電感、電容都是首先在 SiP 模塊中實(shí)現(xiàn)大批量使用的，先進(jìn)的 WLCSP 的I/O間距小于 200μm，已接近 FC工藝。這些超小型元器件必須通過(guò)高速、高精度 SMT設(shè)備和工藝貼裝于 SiP 基板上，并通過(guò)錫膏及錫焊回流工藝實(shí)現(xiàn)連接。錫膏由錫焊顆粒和助焊劑均勻混合而成，錫焊合金成分、顆粒尺寸分布及助焊劑類(lèi)型的選擇非常重要，通常應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型及工藝流程來(lái)確定。
(2)塑封：超小尺寸元器件及芯片，以區(qū)對(duì)應(yīng)的高密度超小問(wèn)距，有可能導(dǎo)致塑封料無(wú)法完全充分填充，從而造成可 靠性方面的隱患。通常的改善方法包括，優(yōu)化塑封工藝參數(shù)，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)以增加塑封料的流動(dòng)和填充，改變塑封料的固體顆粒的尺寸及分布，以及使用易于均勻填充的 Compresion 塑封工藝。
(3)電磁屏蔽金屬涂層：如圖所示，在塑封料表面形成電磁屏蔽金屬涂層是通過(guò)等離子濺射工藝或直按電鍍而實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)楣に囲`活，涂層結(jié)合力強(qiáng)，易于產(chǎn)能擴(kuò)張，且不涉區(qū)濕法電化學(xué)所需要的廢水處理，等離子濺射金屬涂層已經(jīng)逐步成為主流工藝。電磁屏蔽金屬涂層一般由多層金屬組成，從而保證金屬涂層與塑封料表面形成牢固的結(jié)合力。主層金屬常常選擇純銅，以利用其優(yōu)異的導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)電磁干擾的屏蔽;外層金屬可以選擇不銹鋼，從而確保封裝體具有耐磨和良好的抗氧化性。為了形成完整的電磁屏蔽，金屬涂層必領(lǐng)實(shí)現(xiàn)上表面及四側(cè)面均覆蓋并按地。對(duì)于更高、更復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)封裝，也會(huì)使用分隔式電磁屏酸，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體電磁屏蔽效果。
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以上為本公司一些經(jīng)驗(yàn)的累積，因工藝問(wèn)題內(nèi)容廣泛，沒(méi)有面面俱到，只對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題作分析，隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，新的工藝問(wèn)題也不斷出現(xiàn)，本公司自成立以來(lái)不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新，做到與時(shí)俱進(jìn)，熟悉各種生產(chǎn)復(fù)雜工藝，能為各種客戶(hù)提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。
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