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SiP封装技术与微系统

SiP系统级封装,是指将多个具有不同功能的有源电子元件(通常是IC芯片)与可选的无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其它组件有机结合,组装到一个封装体内部,实现一定功能的单个标准封装器件,形成一个系统或者子系统,我们通常可称之为微系统(Micro-System)。

 微系统(Micro-System) 

在了解微系统之前,我们首先了解一下系统。

系统可大可小,可复杂可简单。银河系是一个系统,太阳系是一个系统,地球是一个系统,宇宙飞船是一个系统,卫星是一个系统,有效载荷是一个系统,一块PCB是一个系统,一颗SiP是一个系统,一颗SoC也是一个系统。

 系 统 的 定 义 

系统是指能够完成一种或者几种功能的组合在一起的结构,系统是指将零散的东西进行有序的整理、编排形成的整体。系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的,具有特定功能的有机整体,而且这个有机整体又是更大系统的组成部分。

 系 统 的 特 征 

系统特征主要包括以下6点:

(1) 集合性,系统至少是由两个或两个以上可以相互区别的要素组成,单个要素不能构成系统。对应到SiP上,表明SiP内包含至少两颗(两种)以上的裸芯片,以及数量不一的无源器件等。

(2) 相关性,系统内每一要素  相互依存、相互制约、相互作用而形成了一个相互关联的整体,某个要素发生了变化,其他要素也随之变化,并引起系统变化。对应到SiP上,一个芯片的状态发生变化,其它芯片都会有相应的调整,才能满足SiP定义的功能,一颗芯片失效,整个SiP的功能失效或者部分功能缺失。所以在设计SiP时,在满足功能的前提下,尽可能简单,用最少的芯片实现SiP的功能,否则,其中一颗芯片失效了,其它芯片往往就跟着“陪葬”了。

(3) 目的性,系统都具有明确目的,即系统表现出的某种特定功能。这种目的必须是系统的整体目的,不是构成系统要素或子系统的局部目的。通常情况下,一个系统可能有多重目的性。对应到SiP上,就涉及到SiP功能的定义,如果有明确的应用目的,SiP的功能定义就容易明确,应当避免目的不明确而将功能定义的含糊,从而增加SiP设计实现的难度。

(4) 层次性,一个复杂的系统由多个子系统组成,子系统可能又分成多个更小的子系统,而这个系统本身又是一个更大系统的组成部分,系统是有层次的。系统的结构与功能都是指的相应层次上的结构与功能,而不能代表高层次和低层次上的结构与功能。对应到SiP上,SiP应该属于一个复杂系统的子系统,同时SiP中还会包含更小的系统,例如一个SiP中可能包含一颗或者多颗SoC,或者已经通过晶圆级封装工艺完成一次集成的产品。

(5) 环境适应性,系统所具有的随外部环境变化相应进行自我调节、以适应新环境的能力。系统必须在环境变化时,对自身功能作出相应调整。没有环境适应性的系统,是没有生命力的。对应到SiP上,在设计SiP时,应当考虑到环境的变化对SiP产品的影响,考虑到SiP可能的应用领域以及产品的生命周期。

(6) 动态性,系统的生命周期所体现出的系统本身也处在孕育、产生、发展、衰退、湮灭的变化过程中。对应到SiP上,同样存在SiP产品构思、规划、设计、生产、测试、推广、应用、更新换代等过程。

 微 系 统 的 定 义 

微系统通常是指在很小的尺度内实现的系统,这个尺度通常是指一个芯片内部或者封装的内部。在传统意义上,微系统通常和MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)联系在一起,常见的应用包括各种传感器,微电机,微泵等。

微系统技术是由集成电路技术发展而来的,利用硅各向异性腐蚀技术用于在平面硅衬底上加工三维结构(体硅结构),利用集成电路的加工技术制造微系统技术器件,例如悬臂梁、薄膜和喷嘴;微传感器的关键部件,喷墨打印技术等。随着技术发展,微系统技术研究进入一个突飞猛进、日新月异的发展阶段。光微系统技术,生物微系统技术也都发展迅速。

SiP技术出现后,微系统的定义逐渐发生了一些变化,由原来的偏重于MEMS,微结构等专用的领域,逐渐扩展到更为通用的领域,其尺度也扩展到了系统级封装的尺度。 

现在,我们可以这么定义:封装在一个SiP内的系统则可称之为微系统,其中可能包含有电子元器件(裸芯片、电阻、电容、电感等),MEMS,光学器件,传感器,陀螺等。

目前来说,绝大多数的SiP内封装的是纯电子系统,我们可称之为电子微系统,随着技术的发展以及需求的不断增加,SiP内部封装的系统会逐渐从电子微系统转向为混合微系统,在电子器件的基础上,纳入光学、机械、传感器、微泵等。

 总  结 

SiP是微系统的重要载体,也是目前实现微系统的最佳途径。

在SiP的基础上更易实现微系统的小型化、低功耗、高性能,以及灵活性,多样性的特点。并在一定程度上降低成本,缩短研发周期。

· 2019-05-31 20:24  本新闻来源自:SiP系统级封装技术,版权归原创方所有

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