С быстрым развитием электроники и растущими потребностями общества электроника выходит на новый рубеж. Они движутся в направлении миниатюризации, малого веса, высокой производительности, универсальности и экономичности. В связи с этим технология System-in-Package (SiP) стала ключевым упаковочным решением, предлагая инженерам гибкий подход к проектированию с такими значительными преимуществами, как короткое время цикла, хорошая совместимость и низкая стоимость. Чтобы получить полное представление о SiP и ее применении, давайте углубимся в детали.
Что означает аббревиатура System-in-Package (SiP)?
SiP - это технология упаковки, при которой несколько электронных компонентов, таких как микросхемы, пассивные компоненты или даже модули, интегрируются в один пакет. В отличие от системы-на-чипе (SoC), которая предполагает интеграцию компонентов на одном полупроводниковом чипе, упаковка системного уровня позволяет интегрировать предварительно упакованные компоненты. Такая гибкость позволяет собирать различные типы компонентов, обеспечивая расширенную функциональность, улучшенную производительность и уменьшенные форм-факторы.
Разработка системы в упаковке (SiP)
Последние несколько лет стали свидетелями огромного прогресса в области упаковочных технологий. Этот прогресс был обусловлен растущим спросом электронной промышленности на более высокую производительность, функциональность и экономическую эффективность.
В результате появились различные технологии, включая.
● многокристальные модули (MCM)
● 2D малый порт, 2,5D малый порт
● встроенная антенна SiP
● 3D SiP.
Каждая технология имеет уникальные особенности и преимущества, которые делают упаковку системного уровня универсальным упаковочным решением для различных приложений.
Каковы преимущества упаковки системного уровня
Преимущества упаковки системного уровня многообразны и способствуют росту ее популярности среди инженеров и производителей. К этим преимуществам относятся.
a. Расширенная функциональность: SiP позволяет интегрировать различные компоненты в один пакет, что дает возможность создавать сложные системы с улучшенной функциональностью.
b. Оптимизация пространства: благодаря интеграции нескольких компонентов в компактный корпус, SiP помогает оптимизировать использование пространства, что делает его идеальным для миниатюрных электронных устройств.
c.Улучшенная производительность: Близость компонентов в SiP уменьшает длину межсоединений, минимизируя задержки сигналов и улучшая общую производительность системы.
d. Гибкость проектирования: SiP предоставляет инженерам гибкость в выборе и интеграции компонентов на основе конкретных требований к конструкции, тем самым ускоряя создание прототипов и разработку продукции.
e. Экономическая эффективность: SiP поддерживает использование готовых компонентов, что приводит к снижению производственных затрат и сокращению времени выхода на рынок. Кроме того, интеграция нескольких компонентов в один пакет устраняет необходимость в дополнительных межсоединениях и снижает сложность сборки.
Какие типы упаковки системного уровня существуют
Технология SiP включает в себя различные методы упаковки, в том числе.
● Многочиповые модули в корпусах (MCM) 2D-систем: в этом методе чипы располагаются в двух измерениях на одной и той же подложке, в результате чего получается компактный корпус.
● Модули с уложенными чипами, модули на подложке, FcFBGA/LGA SiP, гибридные SiP: эти разновидности SiP предполагают различные методы укладки и интеграции чипов, обеспечивая гибкость конструкции и функциональность.
● 2.5D-упаковка на уровне системы: эта технология предполагает интеграцию двух или более микросхем в стопке в единый корпус с использованием физических методов, таких как вставки или межсоединения.
● Системы "антенна в упаковке": этот тип SiP объединяет функциональность антенны внутри упаковки, что позволяет экономить пространство при проектировании приложений беспроводной связи.
● 3D-системы в корпусах: в 3D SiP используются технологии прямого соединения микросхем между собой, включая соединение выводов, флип-чип или их комбинацию, для создания трехмерных структур корпусов.
Процессы SiP и технические трудности
Упаковка "система в упаковке" включает в себя определенный технологический процесс производства готовых микросхем SiP. Давайте изучим этот процесс и посмотрим, чем он отличается от традиционных процессов производства электроники.
В традиционных процессах производства электроники обычно используются такие процессы, как кристаллизация твердого тела, склеивание свинца, формовка, разделение, тестирование устройств, пайка, технология поверхностного монтажа (SMT), сборка на уровне платы и тестирование системы. Однако с тенденцией к миниатюризации и уникальными требованиями технологии SiP технологический процесс отличается.
При упаковке на уровне системы технологический процесс включает высокоточную технологию поверхностного монтажа (SMT), за которой следуют процессы формовки и разделения (EMI). Процесс завершается тестированием системы. Такой оптимизированный процесс сокращает количество этапов и повышает эффективность производства SiP.
Упаковка SiP обычно осуществляется на больших подложках, что позволяет производить десятки и сотни готовых SiP на каждой подложке. Такая возможность крупномасштабного производства еще больше повышает экономическую эффективность технологии SiP.
Технические проблемы технологии "система в упаковке" (SiP)
Хотя технология SiP имеет множество преимуществ, она также создает определенные технические проблемы, которые инженеры должны решить в процессе производства. К этим трудностям относятся.
1. очистка: упаковка SiP требует специализированного оборудования для очистки и чистящих растворов.
2. имплантация шариков: процесс имплантации шариков включает в себя размещение шариков припоя на упаковке для достижения межсоединений. Он требует тщательного выбора оборудования для имплантации шариков, учета диаметра шариков, проверки компланарности шариков, тестирования сеточных массивов шариков (BGA) и соблюдения требований к остаткам флюса.
3. Подложки: упаковка SiP предполагает использование различных подложек, например, керамических или органических. Разработка и проверка керамических подложек может быть сложной задачей из-за их сложных производственных процессов и высокой стоимости обработки. С другой стороны, органические подложки часто обладают плохой теплопроводностью, что может привести к нарушениям электрических соединений на паяных швах.
В чем разница между SiP и SoC
Хотя и система в упаковке, и система на кристалле (SoC) подразумевают интеграцию нескольких компонентов в единый корпус, подходы в них различны. SiP фокусируется на интеграции предварительно упакованных компонентов, что обеспечивает гибкость и универсальность при выборе компонентов. В отличие от них, SoC предполагают интеграцию компонентов на одном полупроводниковом чипе, что приводит к созданию тесно интегрированной системы.
Кроме того, если SiP лучше всего подходит для объединения технологий, то SoC более полезны для оптимизации производительности высокоинтегрированных решений.
В чем заключается применение технологии "система в корпусе
Технология "система в упаковке" используется в самых разных отраслях. Некоторые заметные области применения включают.
1. мобильные телефоны 5G: SiP позволяет интегрировать в компактный корпус различные компоненты, необходимые для обеспечения связи 5G, такие как процессоры базового диапазона, усилители мощности и радиочастотные модули.
2. Автомобили: автомобильные приложения, включая передовые системы помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательные системы и модули управления питанием, используют эту технологию.
3. бытовая электроника: упаковка SiP облегчает интеграцию различных функций в устройствах бытовой электроники, таких как смартфоны, планшеты, носимые устройства и устройства "умного дома".
4. медицинская электроника: технология SiP играет важную роль в секторе медицинской электроники. SiP-упаковки используются в таких медицинских устройствах, как имплантируемые устройства, диагностические устройства, системы мониторинга и системы доставки лекарств.
5. военная электроника: SiP-упаковка широко используется в военных и оборонных приложениях. Технология SiP повышает производительность, надежность и долговечность военной электроники, что делает ее подходящей для таких приложений, как защищенные системы связи, оборудование для наблюдения, радарные системы и беспилотные летательные аппараты (БПЛА).
6. высокоточное SMT-производство: упаковка SiP включает в себя высокоточный процесс технологии поверхностного монтажа (SMT), который позволяет производить компактные и высокоинтегрированные электронные системы. Точное размещение компонентов, пайка с мелким шагом и передовые технологии сборки обеспечивают надежность и производительность продуктов SiP. Это делает технологию SiP идеально подходящей для приложений, требующих высокой плотности межсоединений, миниатюризации и оптимизации электрических характеристик.
Упаковочные подложки SiP
Упаковочная подложка является ключевым компонентом технологии SiP. В SiP-упаковке используются различные типы упаковочных подложек.
Классификация структуры упаковочных подложек.
Жесткие подложки: жесткие подложки, такие как керамика и некоторые органические материалы, обладают превосходной механической прочностью и теплопроводностью. Они обычно используются в упаковках SiP, где прочность и высокотемпературные характеристики имеют решающее значение.
Гибкие подложки: Гибкие подложки обычно изготавливаются из органических материалов, обладающих гибкостью и способностью к изгибу, и подходят для приложений, требующих конформной и гибкой упаковки.
Обращение с упаковочной подложкой.
Обращение с подложками для упаковки требует тщательного рассмотрения для сохранения целостности сборки и обеспечения надлежащего выравнивания в процессе сборки. Для обработки и транспортировки упаковочных подложек без повреждений и смещения используются специализированное оборудование и процессы. Кроме того, применяются строгие меры контроля качества для проверки механических свойств подложки, электрических соединений и тепловых характеристик.
Заключение
Технология "система в упаковке" (SiP) стала важным упаковочным решением в электронной промышленности, предлагающим ряд преимуществ. Эти преимущества включают в себя расширенную функциональность, оптимизацию пространства, улучшенные характеристики, гибкость конструкции и экономическую эффективность. SiP позволяет интегрировать различные компоненты в единый корпус для удовлетворения растущего спроса на миниатюрные, высокопроизводительные электронные системы.
Благодаря широкому применению в телефонах 5G, автомобильной электронике, бытовой электронике, медицинской электронике, военной электронике и высокоточном SMT производстве, SiP будет продолжать стимулировать инновации и определять будущее упаковки электроники.
