探索未来电子技术的创新之路：SiP系统级封装工艺全解析
自90年代起，系统级封装（System-in-Package, SIP）技术犹如一股潮流，以其卓越的性能和广阔的市场前景，成为了电子技术研究的焦点。SIP封装工艺的不断创新，不仅定义了新的技术体系，还引领了电子集成的革新。本文将深入剖析SIP的制造与工艺，揭示其定义、发展路径、关键工艺流程以及在不同应用领域的优势。
定义与分类
SIP封装是一种将多个功能模块集成在单一封装中的技术，区别于系统级芯片（SiC）的集成方式。它分为2D、堆叠和3D三种类型，每种类型都有其独特的制程工艺。引线键合与倒装焊是两种主要的组装方法，前者如圆片减薄，涉及芯片切割和粘结，而倒装焊则解决了焊盘间距问题，赋予了更大的设计灵活性和散热性能。
核心工艺
引线键合：传统采用0.025-0.032mm直径的金线，键合过程包括热压焊和热超声焊。金线在100-400℃下完成键合，研究中尝试用铝或铜替代，以降低温度并提升器件寿命。等离子清洗则在关键步骤中确保膜的附着力，如在Si衬底上增强Au膜的粘附。
液态密封剂灌封：通过加热塑封料注入模具，经过后固化处理，温度控制在170-175℃，固化时间2-4小时，确保封装的可靠性和完整性。
在装配阶段，焊料球的植球技术，无论是“锡膏+锡球”还是“助焊膏+锡球”方案，都旨在提升焊接质量和可靠性。表面打标则为封装提供了独一无二的识别标记。
倒装焊技术
倒装焊技术以圆片处理、键合、填充等步骤为核心，显著缩短了互联长度，改善了信号传输和散热性能。其易于返修的特性，使得在设计上更加灵活。通过优化工艺，如焊盘再分布和凸点制作，SIP在高频率和大功率应用中展现出显著优势。
封装基板与关键因素
SIP封装基板的选择至关重要，涉及刚性、柔性、有机/无机/复合材料等多种类型。表面处理技术，如化学镍金或电镀金，对键合质量影响显著。镀层结晶、清洁度和镍金厚度的控制是保证工艺质量的关键。
SiP技术的应用与挑战
SIP技术在无线通信、汽车电子、医疗电子等领域大显身手，如集成射频功放和ECU控制。在医疗设备中，如胶囊内窥镜，它满足了小型化和高可靠性需求。在SoC与SIP的融合中，SIP提供了超越SoC集成度的解决方案，如在Apple产品中，触控芯片和指纹识别等元件的集成预示了未来更深层次的应用。
尽管3D封装设计的复杂性是挑战之一，但SIP的无尽可能性以及其在性能提升和成本降低方面的潜力，使得它成为电子技术领域不可忽视的发展趋势。随着封装技术的不断进步，SIP将继续革新我们对电子集成的理解和实践。