5G將提升手機的SiP需求(sip系統(tǒng)級封裝清洗介紹)

5G手機的銷量超預期，毫米波5G手機將增加對SiP的需求；蘋果AirPods新增降噪功能，繼Applewatch以后，也采用SiP技術。

手機輕薄化和高性能需求推動系統(tǒng)級整合：手機用戶需要性能持續(xù)提升和功能不斷增加，及攜帶的便利性，這兩個相互制約的因素影響著過去10多年智能手機的更新?lián)Q代過程。電子工程逐漸由單個組件開發(fā)到集成多個組件，再邁向系統(tǒng)級整合，提升性能，節(jié)省空間，并優(yōu)化續(xù)航能力。電子制造行業(yè)之前形成晶圓制造、封測和系統(tǒng)組裝三個涇渭分明的環(huán)節(jié)，隨著消費電子產(chǎn)品集成度的提升，部分模組、甚至系統(tǒng)的組裝跟封測環(huán)節(jié)在工藝上產(chǎn)生了重疊，業(yè)務上產(chǎn)生了競爭或協(xié)同。

一、5G將提升手機的SiP需求：當前大范圍采用SiP的手機僅有iPhone，5G手機將集成許多射頻前端等零部件，在5GSub-6方案中，較先進的雙面SiP獲得運用。在5G毫米波方案中，集成陣列天線和射頻前端的AiP模組將成為主流技術路線。高通已經(jīng)商用5G毫米波天線模組AiP標準品，每部手機采用三個該模組。天線的效能因手機的外觀設計、手機內部空間限制及天線旁邊的結構或基板材質不同，會有較大的差異。標準化的AiP天線模組比較難滿足不同手機廠商的不同需求，蘋果等廠商有望根據(jù)自己手機的設計開發(fā)自有的訂制化AiP天線模組。僅僅蘋果的AiP需求有望在3年后達到數(shù)十億美元。在未來，SiP有望整合基帶等更多的零部件，進一步提升手機的集成度。高通已成功商業(yè)化QSiP模組，將應用處理器、射頻前端和內存等400多個零部件放在一個模組中，大大減少主板的空間需求。QSiP工藝也大幅簡化手機的設計和制造流程、節(jié)省成本和開發(fā)時間，并加快整機廠的商業(yè)化時間。

蘋果穿戴式產(chǎn)品積極運用SiP工藝：穿戴式產(chǎn)品是蘋果高度重視的IoT產(chǎn)品，AppleWatch、AirPods兩大產(chǎn)品銷量持續(xù)高增長。AppleWatch功能復雜，自2015年第一代產(chǎn)品就一直采用SiP工藝。其SiP模組集成手表的大部分功能器件在1mm厚度的狹小空間中，包括：CPU、存儲、音頻、觸控、電源管理、WiFi、NFC等30余個獨立功能組件，20多個芯片，800多個元器件。10月底發(fā)布的AirPodsPro具有主動降噪功能，需要集成許多零部件，也采用了SiP技術，有望帶來數(shù)十億美元的SiP需求。穿戴式產(chǎn)品因為便攜性和美觀度的考慮，空間非常有限，但用戶對于穿戴式產(chǎn)品功能的豐富度要求日益提升，SiP技術將大有可為。

二、輕薄化與高性能需求推動模組化和系統(tǒng)級整合

手機輕薄化和高性能需求推動系統(tǒng)級整合。手機用戶既需要手機性能持續(xù)提升、功能不斷增加，也需要攜帶的便利性，這兩個相互制約的因素影響著過去10多年智能手機的更新?lián)Q代過程：

輕薄化。以iPhone手機為例，從最早機身厚度的約12mm，到iPhoneXS的7.5mm，然而iPhone11的厚度增加到8.5mm。

部分手機廠商已發(fā)布成品機型，但5G功能的實現(xiàn)對手機“輕薄”外觀帶來明顯挑戰(zhàn)，甚至功耗也不容小覷。早在2018年8月聯(lián)想就已發(fā)布5G手機MOTOZ3，但其5G功能依賴掛載于手機背部、且自帶2000mAh電池的5G模塊。今年2月底三星正式發(fā)布5G版S10，時隔不久華為也于3月正式發(fā)布折疊屏5G手機MateX，其中華為MateX由于機身展開厚度僅5.4mm，最后只能將徠卡三攝、5G基帶以及4組5G天線放置在側邊凸起。從以上幾款手機來看，5G功能的實現(xiàn)還是對手機的“輕薄”外觀提出了明顯的挑戰(zhàn)，甚至功耗也不容小覷。

功能整合形成系統(tǒng)級芯片SoC和系統(tǒng)級封裝SiP兩大主流。兩者目標都是在同一產(chǎn)品中實現(xiàn)多種系統(tǒng)功能的高度整合，其中SoC從設計和制造工藝的角度，借助傳統(tǒng)摩爾定律驅動下的半導體芯片制程工藝，將一個系統(tǒng)所需功能組件整合到一塊芯片，而SiP則從封裝和組裝的角度，借助后段先進封裝和高精度SMT工藝，將不同集成電路工藝制造的若干裸芯片和微型無源器件集成到同一個小型基板，并形成具有系統(tǒng)功能的高性能微型組件。

受限于摩爾定律的極限，單位面積可集成的元件數(shù)量越來越接近物理極限。而SiP封裝技術能實現(xiàn)較高的集成度，組合的系統(tǒng)具有較優(yōu)的性能，是超越摩爾定律的必然選擇路徑。

相比SOC：

（1）SiP技術集成度高，但研發(fā)周期反而短。SiP技術能減少芯片的重復封裝，降低布局與排線難度，縮短研發(fā)周期。采用芯片堆疊的3DSiP封裝，能降低PCB板的使用量，節(jié)省內部空間。例如：iPhone7PLUS中采用了約15處不同類型的SiP工藝，為手機內部節(jié)省空間。SiP工藝適用于更新周期短的通訊及消費級產(chǎn)品市場。

（2）SiP能解決異質（Si，GaAs）集成問題。手機射頻系統(tǒng)的不同零部件往往采用不同材料和工藝，如：硅，硅鍺（SiGe）和砷化鎵（GaAs）以及其它無源元件。目前的技術還不能將這些不同工藝技術制造的零部件制作在一塊硅單晶芯片上。但是采用SiP工藝卻可以應用表面貼裝技術SMT集成硅和砷化鎵裸芯片，還可以采用嵌入式無源元件，非常經(jīng)濟有效地制成高性能RF系統(tǒng)。光電器件、MEMS等特殊工藝器件的微小化也將大量應用SiP工藝。

在過去數(shù)十年，電子制造行業(yè)形成了晶圓制造、封測和系統(tǒng)組裝三個涇渭分明的環(huán)節(jié)，代表廠商分別是臺積電、日月光和鴻海，他們的制造精度分別是納米、微米和毫米級別。隨著消費電子產(chǎn)品集成度的提升，部分模組、甚至系統(tǒng)的組裝的精度要求逼近微米級別，跟封測環(huán)節(jié)在工藝上產(chǎn)生了重疊，業(yè)務上產(chǎn)生了競爭或協(xié)同。

具體來看，SiP工藝融合了傳統(tǒng)封測中的molding、singulation制程和傳統(tǒng)系統(tǒng)組裝的SMT和系統(tǒng)測試制程。

三、SIP微波組件封裝基板清洗：

SIP集合了SMT組件制程工藝和芯片封裝工藝，工藝制成中和工藝完成后，都必須對所產(chǎn)生的焊膏、錫膏殘留物以及其他的污垢進行徹底的清洗和去除，從而達到組件可靠性的技術要求。

在清洗劑選擇中，首先在滿足技術要求條件的前提下，首選水基工藝，如水基工藝不能滿足工藝制程要求，在材料兼容性上缺乏保障度，其次選擇半水基清洗劑，清洗劑選擇確定以后，而后要考慮的是實現(xiàn)工藝的設備條件，清洗劑一般來說都有比較寬泛的使用范圍，都可以適用于噴淋和超聲波清洗工藝，往往SIP清洗工藝制程中，大部分客戶為了考慮SIP器件的可靠性和安全性，首選噴淋清洗工藝。

推薦選擇合明科技水基清洗劑，水基清洗劑配合噴淋清洗工藝，為了達到極高標準的干凈度和對金屬材料、非金屬材料、化學材料兼容性要求，需要對清洗噴淋的壓力、噴淋角度方向、清洗劑溫度濃度等等參數(shù)進行嚴格地規(guī)范，才可保證全面技術要求。因為技術要求高，往往清洗的工藝窗口非常窄小，每一項指標都需嚴格控制。