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科幻片中的微科技- 从IBM世界最小电脑看先进封装技术

电脑是日常生活中必不可少的工具。大型计算机、云计算中心、服务器、PC、笔记本、手机、手表……这些常见的设备相信大家都很熟悉了,今天不再阐述,我们这次主要来说说微型设备。

 

IBM世界最小电脑引发的思考

 

经常能在科幻电影中看到一些酷炫的微型装备,其实大部分已经在我们的现实生活中陆续出现了:

 

2012年上市的微型电脑,名称树莓派,外形只有银行卡大小,售价200多元,可以连接显示器、键盘、鼠标、网线,可满足日常办公、看电影、上网等基本需求。

树莓派

 

CES2015年度大会上,英特尔展示过一款迷你PC,国外俗称“电脑棒”,其规格尺寸仅为10.1*5*0.6厘米,重量141g,而且在如此小的体积之下,塞进去的硬件配置有英特尔Cherry Trail Atom 四核处理器、2GB DDR3L内存以及32GB eMMC闪存等。更为值得一提的是,体积虽然大幅缩小,但运行性能非常不错,不仅支持MicroSD(TF)扩展卡,还支持802.11bgn无线网络连接和蓝牙4.0。

电脑棒

2018年3月份,在拉斯维加斯举办的 IBM Think 2018 大会上,IBM 最新推出了 1 毫米 x 1 毫米的超小型电脑。通过应用区块链技术,它能够用来跟踪商品、药物等运输情况,预防偷窃以及诈骗。

IBM推出的超小型电脑

 

2018年6月24日消息,美国密歇根大学已经制造出了世界上最小的计算机,全长只有0.3毫米,在微缩计算机领域完全超越了IBM公司。从下图可以很明显的看出,研究人员创造的这种微型装置与大米粒相比,简直是小巫见大巫。而之所以说它是台电脑,是因为其搭载了基于ARM Cortex M0+设计的处理器为主运算单元,用来控制和输出传感资料。

密歇根大学推出的最小计算机

 

纵观电脑小型化演进的历程,我们不难看出,在更适宜的应用场景下,便携、易用、能耗、成本等因素为其主要考量点,而且从组装/封装结构上看,不管是早期的传统组装,还是模块封装,亦或是如今的晶元级封装(如0.3mm的微缩计算机,则是基于晶元级封装技术制造出来的),其核心价值都在于要提供对芯片和电路的保护,缩短线路互联路径,降低损耗,提升可靠性,缩减工艺流程和降低成本。

 

先进封装技术的应用

 

微电子技术的不断进步使得电子信息系统朝着多功能化、小型化与低成本的方向全面发展。其中封装工艺正扮演着越来越重要的角色,直接影响着器件和集成电路的电、热、光和机械性能,决定着电子产品的大小、重量、应用方便性、寿命、性能和成本,尤其是在物联网、智能穿戴、传感器、电源管理、AI人工智能等领域的应用,更是愈发突显其价值和优势。

 

物联网模块应用

 

同样功能的物联网模块,封装SIP内部集成了MCU、LoRa、加密芯片、晶振、电容、电阻、电感,其中MCU和LoRa射频芯片、阻容感等平铺布置,MCU和解密芯片3D堆叠布置,最终封装为LGA形式,尺寸10x10x1mm。SiP尺寸只有原来PCBA模块的1/14,对于终端应用,无论体积、成本还是性能都有极大优势。

 

智能穿戴应用

 

在AppleWatch中看到了系统级封装,这种封装真正体现了将整个系统进行封装的精髓。在这块26.15mmx28.50mm的主板上,集成了多达14颗左右核心芯片产品以及上百个电阻电容等元器件,这些元器件都各自有独立的封装,并被紧密有序的排列在主板上,除了惯性组合传感器产品外,其他都被整个封装在一起。主板整体封装的纵向解剖图片显示,整个系统级封装的厚度仅为1.16mm。

 

无人机应用

 

如17年MIT推出的微型无人机导航芯片,这枚新的芯片被取名为“Navion”,仅有 20 平方毫米大小,大概和乐高人偶的脚印差不多大。它耗能仅 24 毫瓦,几乎只有普通灯泡耗能的千分之一。这是典型的SOC系统集成化应用。

 

电源功率模块的应用

 

集成功率器件、变压器、电感和驱动芯片,实现更低的损耗、更高的效率、更高的功率密度和更小的体积。如同样400W的电源模块,通过封装,其体积缩减了90%!尤其在采用SiP封装结构实现模块化后,同步改善了模块的可靠性,可以应用于更恶劣的场景。而SIC 和 GAN材料的开发,更助推了电源芯片的小型大功率密度的发展,为将来的微型化设备供电提供了更优质的解决方案。

 

SiP先进封装技术的腾飞

 

通过对应用市场的分析,不难看出,SIP/SOC 先进封装技术在未来半导体制造领域应用的美好前景。

 

根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义:SiP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统。从架构上来讲,SiP是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能,与SOC(片上系统)相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式。

 

SiP具有开发周期短、功能更多、功耗更低、性能更优良、封装工艺组合更灵活,成本价格更低、体积更小、质量更轻等优点。

 

随着设备小型化的发展,业界对芯片的封装形式有了新的需求,尤其是物联网等应用的发展,让SiP封装技术逐渐成为主流。但物联网企业主要以云平台、软件、服务为核心,SiP则跨步到了半导体行业,半导体的技术并非他们所擅长。若能有一个平台,将物联网企业与SiP技术相结合,对物联网市场来说,极有帮助。

 

SiP封装方案商——长芯半导体

 

基于此,长芯半导体推出了一个开放的物联网SiP制造平台——M.D.E.Spackage,该平台提供现有的、成熟的SiP系统方案和晶圆库。

 

通过M.D.E.Spackage平台,客户可以有两种方式定制自己的SiP芯片:

 

1.选择平台内成熟的SiP方案。长芯半导体实现从芯片到SiP云端的全程定制,不需要客户触及复杂的半导体技术;

 

2.从M.D.E.Spackage数据库选择成熟的芯片(比如处理器、内存、传感器等),像搭积木一样搭建自己的SiP系统,长芯半导体则以更低的成本,更快速的周转时间,更小的尺寸,以及更强的扩展能力来构建满足客户需求的SiP封装。

 

也就是说,哪怕你一点都不懂半导体技术,通过M.D.E.Spackage平台也能根据下单入口的指引快速完成下单!

 

不仅如此,长芯半导体的生产线还配备了SMT含FC贴装能力、研磨切割,Die Attach、Wire bond(金、银、铜线)、Molding,激光异形切割,溅射,Underfill点胶,植球,FA&可靠性试验等涵盖所有SiP工艺的设备,能自主实现物联网企业SiP封装设计、SiP封装封测、SiP封装系统设计等一站式服务需求。

· 2019-04-11 19:29  本新闻来源自:长芯半导体,版权归原创方所有

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