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SoC封裝技術與SIP封裝技術之經典比較

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SoC封裝技術與SIP封裝技術之經典比較

分類:
應用行業
作者:
來源:
發布時間:
2019/02/14
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隨著物聯網時代來臨,全球終端電子產品漸漸走向多功能整合及低功耗設計,因而使得可將多顆裸晶整合在單一封裝中的SIP技術日益受到關注。除了既有的封測大廠積極擴大SIP制造產能外,晶圓代工業者與IC基板廠也競相投入此一技術,以滿足市場需求。
 
早前,蘋果發布了最新的apple watch手表,里面用到SIP封裝芯片,從尺寸和性能上為新手表增色不少。而芯片發展從一味追求功耗下降及性能提升(摩爾定律),轉向更加務實的滿足市場的需求(超越摩爾定律)。
 
根據國際半導體路線組織(ITRS)的定義:SIP為將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝件,形成一個系統或者子系統。
 
SIP定義
 
從架構上來講,SIP 是將多種功能芯片,包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內,從而實現一個基本完整的功能。
 
SOC定義
 
將原本不同功能的IC,整合在一顆芯片中。藉由這個方法,不單可以縮小體積,還可以縮小不同IC 間的距離,提升芯片的計算速度。SOC稱為系統級芯片,也有稱片上系統,意指它是一個產品,是一個有專用目標的集成電路,其中包含完整系統并有嵌入軟件的全部內容。同時它又是一種技術,用以實現從確定系統功能開始,到軟/硬件劃分,并完成設計的整個過程。
 
SOC與SIP之比較
 
自集成電路器件的封裝從單個組件的開發,進入到多個組件的集成后,隨著產品效能的提升以及對輕薄和低耗需求的帶動下,邁向封裝整合的新階段。在此發展方向的引導下,形成了電子產業上相關的兩大新主流:系統單芯片SOC(System on Chip)與系統化封裝SIP(System in a Package)。
 
SOC與SIP是極為相似,兩者均將一個包含邏輯組件、內存組件,甚至包含被動組件的系統,整合在一個單位中。
 
SOC是從設計的角度出發,是將系統所需的組件高度集成到一塊芯片上。
 
SIP是從封裝的立場出發,對不同芯片進行并排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝件。
 
構成SIP技術的要素是封裝載體與組裝工藝,前者包括PCB、LTCC、Silicon Submount(其本身也可以是一塊IC),后者包括傳統封裝工藝(Wire bond和Flip Chip)和SMT設備。無源器件是SIP的一個重要組成部分,如傳統的電容、電阻、電感等,其中一些可以與載體集成為一體,另一些如精度高、Q值高、數值高的電感、電容等通過SMT組裝在載體上。
 
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SIP封裝
 
從集成度而言,一般情況下,SOC只集成AP之類的邏輯系統,而SiP集成了AP+mobile DDR,某種程度上說SIP=SOC+DDR,隨著將來集成度越來越高,emmc也很有可能會集成到SIP中。
 
從封裝發展的角度來看,因電子產品在體積、處理速度或電性特性各方面的需求考量下,SOC曾經被確立為未來電子產品設計的關鍵與發展方向。但隨著近年來SOC生產成本越來越高,頻頻遭遇技術障礙,造成SoC的發展面臨瓶頸,進而使SIP的發展越來越被業界重視。
 
SIP的封裝形態
 
SIP封裝技術采取多種裸芯片或模塊進行排列組裝,若就排列方式進行區分可大體分為平面式2D封裝和3D封裝的結構。相對于2D封裝,采用堆疊的3D封裝技術又可以增加使用晶圓或模塊的數量,從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數,進一步增強SIP技術的功能整合能力。而內部接合技術可以是單純的線鍵合(Wire Bonding),也可使用覆晶接合(Flip Chip),也可二者混用。
 
另外,除了2D與3D的封裝結構外,還可以采用多功能性基板整合組件的方式——將不同組件內藏于多功能基板中,達到功能整合的目的。不同的芯片排列方式,與不同的內部接合技術搭配,使SIP的封裝形態產生多樣化的組合,并可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。
 
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SIP的技術難點
 
SIP的主流封裝形式是BGA,但這并不是說具備傳統先進封裝技術就掌握了SIP技術。
 
對于電路設計而言,三維芯片封裝將有多個裸片堆疊,如此復雜的封裝設計將帶來很多問題:比如多芯片集成在一個封裝內,芯片如何堆疊起來;再比如復雜的走線需要多層基板,用傳統的工具很難布通走線;還有走線之間的間距,等長設計,差分對設計等問題。
 
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此外,隨著模塊復雜度的增加和工作頻率(時鐘頻率或載波頻率)的提高,系統設計的難度會不斷增加,設計者除具備必要的設計經驗外,系統性能的數值仿真也是必不可少的設計環節。
 
SOC與SIP技術趨勢
 
從集成度而言,一般情況下,SOC 只集成AP 之類的邏輯系統,而SIP 集成了AP+mobileDDR,某種程度上說SIP=SOC+DDR,隨著將來集成度越來越高,emmc也很有可能會集成到SIP 中。從封裝發展的角度來看,因電子產品在體積、處理速度或電性特性各方面的需求考量下,SOC 曾經被確立為未來電子產品設計的關鍵與發展方向。但隨著近年來SOC生產成本越來越高,頻頻遭遇技術障礙,造成SOC 的發展面臨瓶頸,進而使SIP 的發展越來越被業界重視。
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