SIP封装工艺

SiP封装⼯艺1—SiP简介什么是SiPSiP模组是⼀个功能齐全的⼦系统，它将⼀个或多个IC芯⽚及被动元件整合在⼀个封装中。

此IC 芯⽚(采⽤不同的技术：CMOS、BiCMOS、GaAs等)是Wire bonding芯⽚或Flipchip芯⽚，贴装在Leadfream、Substrate或LTCC基板上。

被动元器件如RLC、Balun及滤波器（SAW/BAW 等）以分离式被动元件、整合性被动元件或嵌⼊式被动元件的⽅式整合在⼀个模组中。

下图是Apple watch的内部的S1模组，就是典型的SiP模块。

它将AP、BB、WiFi、Bluetooth、PMU、MEMS等功能芯⽚以及电阻、电容、电感、巴伦、滤波器等被动器件都集成在⼀个封装内部，形成⼀个完整的系统。

Apple watch S1模组为什么⽤SiP近⼏年，SiP概念被炒的⽕热，很多产品上都开始采⽤SiP技术，到底SiP技术有什么优点？简单来讲可总结为以下⼏点：1.尺⼨⼩在相同的功能上，SiP模组将多种芯⽚集成在⼀起，相对独⽴封装的IC更能节省PCB的空间。

2.时间快SiP模组本⾝是⼀个系统或⼦系统，⽤在更⼤的系统中，调试阶段能更快的完成预测及预审。

3.成本低SiP模组价格虽⽐单个零件昂贵，然⽽PCB空间缩⼩，低故障率、低测试成本及简化系统设计，使总体成本减少。

4.⾼⽣产效率通过SiP⾥整合分离被动元件，降低不良率，从⽽提⾼整体产品的成品率。

模组采⽤⾼阶的IC封装⼯艺，减少系统故障率。

5.简化系统设计SiP将复杂的电路融⼊模组中，降低PCB电路设计的复杂性。

SiP模组提供快速更换功能，让系统设计⼈员轻易加⼊所需功能。

6.简化系统测试SiP模组出货前已经过测试，减少整机系统测试时间。

7.简化物流管理SiP模组能够减少仓库备料的项⽬及数量，简化⽣产的步骤。

SiP模组的优缺点哪⾥⽤SiPSiP技术已经⾛进我们的⽣活之中，我们的⼿机、相机、电脑⾥都有SiP技术。

单列直插式封装（SIP）SIP封装并无一定型态，就芯片的排列方式而言，SIP可为多芯片模块(Multi-chip Module；MCM)的平面式2D封装，也可再利用3D封装的结构，以有效缩减封装面积；而其内部接合技术可以是单纯的打线接合(Wire Bonding)，亦可使用覆晶接合(Flip Chip)，但也可二者混用。

除了2D与3D的封装结构外，另一种以多功能性基板整合组件的方式，也可纳入SIP的涵盖范围。

此技术主要是将不同组件内藏于多功能基板中，亦可视为是SIP的概念，达到功能整合的目的。

不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装型态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺。

前者包括PCB，LTCC，Silicon Submount(其本身也可以是一块IC)。

后者包括传统封装工艺(Wirebond和Flip Chip)和SMT设备。

无源器件是SIP的一个重要组成部分，其中一些可以与载体集成为一体(Embedded，MCM-D等)，另一些(精度高、Q值高、数值高的电感、电容等)通过SMT组装在载体上。

SIP的主流封装形式是BGA。

就目前的技术状况看，SIP 本身没有特殊的工艺或材料。

这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了SIP技术。

由于SIP的产业模式不再是单一的代工，模块划分和电路设计是另外的重要因素。

模块划分是指从电子设备中分离出一块功能，既便于后续的整机集成又便于SIP封装。

电路设计要考虑模块内部的细节、模块与外部的关系、信号的完整性(延迟、分布、噪声等)。

随着模块复杂度的增加和工作频率(时钟频率或载波频率)的提高，系统设计的难度会不断增加，导致产品开发的多次反复和费用的上升，除设计经验外，系统性能的数值仿真必须参与设计过程。

与在印刷电路板上进行系统集成相比，SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。

SIP封装的制程工艺系统级封装（system in package，SIP）是指将不同种类的元件，通过不同种技术，混载于同一封装体内，由此构成系统集成封装形式。

SIP封装制程按照芯片与基板的连接方式可分为引线键合封装和倒装焊两种。

一、引线键合封装工艺圆片→圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→引线键合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回流焊→表面打标→分离→最终检查→测试→包装。

1、圆片减薄：圆片减薄是指从圆片背面采用机械或化学机械（CMP）方式进行研磨，将圆片减薄到适合封装的程度。

由于圆片的尺寸越来越大，为了增加圆片的机械强度，防止在加工过程中发生变形、开裂，其厚度也一直在增加。

但是随着系统朝轻薄短小的方向发展，芯片封装后模块的厚度变得越来越薄，因此在封装之前一定要将圆片的厚度减薄到可以接受的程度，以满足芯片装配的要求。

2、圆片切割：圆片减薄后，可以进行划片。

较老式的划片机是手动操作的，现在一般的划片机都已实现全自动化。

无论是部分划线还是完全分割硅片，目前均采用锯刀，因为它划出的边缘整齐，很少有碎屑和裂口产生。

3、芯片粘结：已切割下来的芯片要贴装到框架的中间焊盘上。

焊盘的尺寸要和芯片大小相匹配，若焊盘尺寸太大，则会导致引线跨度太大，在转移成型过程中会由于流动产生的应力而造成引线弯曲及芯片位移现象。

贴装的方式可以是用软焊料（指Pb-Sn合金，尤其是含Sn的合金）、Au-Si低共熔合金等焊接到基板上，在塑料封装中最常用的方法是使用聚合物粘结剂粘贴到金属框架上。

4、引线键合：在塑料封装中使用的引线主要是金线，其直径一般为0.025mm~0.032mm。

引线的长度常在1.5mm~3mm之间，而弧圈的高度可比芯片所在平面高0.75mm。

键合技术有热压焊、热超声焊等。

这些技术优点是容易形成球形（即焊球技术），并防止金线氧化。

为了降低成本，也在研究用其他金属丝，如铝、铜、银、钯等来替代金丝键合。

热压焊的条件是两种金属表面紧紧接触，控制时间、温度、压力，使得两种金属发生连接。

SiP：系统集成封装技术窦新玉清华大学电子封装技术研究中心SiP（System in Package）是近几年来为适应模块化地开发系统硬件的需求而出现的封装技术，在已经开始的新一轮封装技术发展阶段中将发挥重要作用。

SiP利用已有的电子封装和组装工艺，组合多种集成电路芯片与无源器件，封闭模块内部细节，降低系统开发难度，具有成本低、开发周期短、系统性能优良等特点，目前已经在通信系统的物理层硬件中得到广泛应用。

随着半导体制造技术的进步，集成电路芯片引出端（I/O）数与芯片面积的比值将持续上升，现有的二维I/O结构在未来五年里面临着新的挑战，SiP在不改变二维封装结构的前提下作为一个解决方案，有明显的技术优势和市场潜力。

SiP技术的普及能够改变目前封装产业以代工为主的状况，为封装企业拥有自主产品在技术上创造了可能性，封装产业的产值在整个半导体产业中的比重会随之增加。

1．集成电路产业的发展与需求催生SiP技术从第一支晶体管的诞生，到第一颗集成运算放大器的出现，一直到今天，半导体产业的发展可以概括为一个集成化的过程。

多年来，集成化主要表现在器件内晶体管的数量，这个指标在单一功能的器件中目前仍占统治地位，比如存储器。

现代系统集成技术中一个更重要的指标是系统功能的完整化，这样就牵扯到不同IC技术与电路单元的集成。

单一功能的器件比比皆是，但单一功能的电子系统少见。

由于网络与通信技术的普及，纯数字系统（所谓的计算机）几乎已经不存在，物理层硬件是多数系统中必要的组成部分。

最基本的数字系统也至少包含逻辑电路和存储器，两者虽都是数字电路，但半导体制造工艺的细化与优化也已使得这两种最基本电路单元的集成不是一件简单的工作。

移动通信技术的普及使得电子整机系统向着高性能、多功能和小型化方向发展。

这种需求推动了电子封装技术的近十年来的飞速发展，BGA和CSP等先进封装型式因为能够满足多I/O、小型化的技术得到普遍应用。

纵观微电子产业发展的历史，封装技术在满足市场需求方面经常是被动地发挥作用；末端电子产品提出集成的要求，前端半导体设计与制造提出解决方案，封装在两者的约束下做物理实现。

SiP封装工艺8—MarkingMarking(印字)印字是在塑封后的产品上标识产品的名字、批号、商标、制造厂家等信息的过程。

印字种类：一般有油墨印刷和激光打印两种。

油墨印刷的字迹鲜明，但易磨损；激光打印，可打印在金属和硅等材料上，字迹是永久性的。

缺点是字迹不够鲜明，且设备昂贵。

油墨印刷油墨打印原理（如下图）：使用玻璃油墨，在封装表面印刷出文字和图形标识，并烘干定型。

油墨印刷示意图激光打印激光打印原理（如下图）：利用激光的能量将封装表面刻出5~30um深度的沟槽，通过凹凸产生光线的漫反射，从而在制品表面得到视觉上光线反差，同时加工过程中产生的热量引起树脂变色，与未加工部分产生颜色上的区分，这样就可以看见打印图形。

激光打标原理图下面是激光打标的视频，仅供参考。

激光打标视频SiP封装工艺9—Ball MountingBall Mounting(置球)BGA封装是通过基板下表面的锡球(Solder Ball)与系统PCB实现互连的，本工序就是将锡球焊接在基板上的过程。

工序可细分为如下图4步：1.用与BGA焊盘相应的治具沾取助焊剂(Flux)，并将其点在BGA焊盘上；2.通过置球治具(Ball attach tool)真空吸取锡球，并转移至沾有助焊剂的焊盘上；松开真空开关，锡球在助焊剂的粘性作用下，粘贴在基板焊盘上；3.将上一步的基板通过热风回流焊，锡球在高温下熔化，并在助焊剂的帮助下，与基板焊盘浸润，冷却后，锡球与基板牢牢焊接在一起；4.焊接了锡球的基板，放入清洗机，把多余的助焊剂和脏污清洗掉，最后烘干。

置球过程原理图置球的原材料和设备：置球设备显微镜下置球效果下面是全自动植球机 BPS-7200的置球视频以及回流焊视频，仅供参考。

置球视频SiP封装工艺10—SingulationSingulation (切单)本工序主要目的是将置球完毕整条(Strip)的产品，分割成单独的正式的BGA产品。

主要有三种方式：剪(Punch)，切(Saw)，铣(Rout)，如下图所示。

SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解析前言移动设备向着轻薄短小的方向发展，手机行业是这一方向的前锋，从几代iPhone的尺寸可以看出----薄，是一直演进的方向（图1）。

随着物联网、可穿戴等市场兴起，将这一方向推向极致。

图1 iPhone厚度变化手机的薄型化，得益于多方面技术的进步，包括SiP、PCB、显示屏等技术，其中关键的技术之一就是EMI屏蔽技术。

传统的手机EMI屏蔽是采用金属屏蔽罩，屏蔽罩在横向上要占用宝贵的PCB面积，纵向上也要占用设备内部的立体空间，是设备小型化的一大障碍。

新的屏蔽技术——共形屏蔽（Conformal shielding），将屏蔽层和封装完全融合在一起，模组自身就带有屏蔽功能，芯片贴装在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用额外的设备空间，从而解决这一难题。

如图2，iPhone 7主板上，大部分芯片都采用了Conformal shielding技术，包括WiFi/BT、PA、Memory等模组，达到高度集成且轻薄短小的目的。

图2 iPhone7主板上采用共形屏蔽技术的模组SiP封装共形屏蔽电子系统中的屏蔽主要两个目的：符合EMC规范；避免干扰。

传统解决方案主要是将屏蔽罩安装在PCB上，会带来规模产量的可修复性问题。

此方法也可以在SiP模组中使用，如图3中的模组封装，或Overmolded shielding将屏蔽罩封装在塑封体内。

这两种屏蔽解决方案，虽然实现了屏蔽罩的SiP封装集成，但是并未降低模组的高度，同时也会带来工艺和成本问题。

图3 传统的屏蔽罩模组及SiP封装内集成（Overmolded shielding）屏蔽罩SiP封装的共形屏蔽，可以解决以上问题。

如图4，SiP封装采用共形屏蔽技术，其外形与封装一致，不增额外尺寸。

SiP系统级封装工艺流程一、概述SiP（System in Package）系统级封装，顾名思义，是指在一个封装体中集成一个系统。

将多个具有不同功能的有源电子元件（通常是IC裸芯片）与可选无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其它器件优先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，通常可称之为微系统(Micro-System)。

这个系统需要封装多个芯片并能够独立完成特定的任务，如集成了CPU、DRAM、Flash等多个IC芯片的SiP系统级封装。

二、工艺流程SIP的封装形式多样，按照材料和工艺通常分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三大类，每类都会有多种类型的封装形式，例如，DIP、SOP、PLCC、QFP、QFN、BGA 等。

随着引脚数量和密度的增加，BGA成为SiP最常采用的封装形式。

Wire Bonding -BGA的流程包括：晶圆减薄→晶圆切割→芯片粘结→引线键合→模塑封装→BGA基板植球→基板回流焊→表面打标→切割分离→最终检查→测试包装。

Wire Bonding -BGA封装前，晶圆首先会做减薄处理，这样也更便于晶圆切割，同时也会减小封装后的厚度。

芯片粘结是采用环氧粘结剂将IC芯片粘结在基板上。

引线键合是采用纯金丝键合线将芯片管脚与基板上的Pad进行连接，接着采用模塑包封或液态胶灌封，以保护芯片、焊接线和焊盘。

BGA基板植球是使用植球机或者筛网将焊料球放置在焊盘上，然后在回流焊炉内进行回流焊接，然后使用清洗剂对基板进行清洗，以去除残留在封装体上的焊料和纤维颗粒。

然后是表面打标、切割分离，最终检查、测试和包装入库。

了解完Wire Bonding BGA的生产流程，我们再来看看FilpChip-BGA。

下图是FilpChip-BGA（简称FC-BGA）的生产制造流程示意图。

FilpChip-BGA的流程包括：晶圆减薄→晶圆凸点生成→晶圆切割→芯片倒装→回流焊接→裸芯片下部填胶→表面打标→BGA基板植球→基板回流焊→切割分离→最终检查→测试包装。

5个方面剖析SIP封装工艺随着物联网时代来临，全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计，因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SIP技术日益受到关注。

除了既有的封测大厂积极扩大SIP制造产能外，晶圆代工业者与IC基板厂也竞相投入此一技术，以满足市场需求。

早前，苹果发布了最新的apple watch手表，里面用到SIP封装芯片，从尺寸和性能上为新手表增色不少。

而芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律)，转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律)。

本文从五个方面来剖析SIP封装工艺，从而让大家看懂SIP封装的真正用途。

一、SIP产品封装介绍什么是SIP?SiP模组是一个功能齐全的子系统，它将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个封装中。

此IC芯片(采用不同的技术：CMOS、BiCMOS、GaAs等)是Wire bonding芯片或Flipchip芯片，贴装在Leadfream、Substrate或LTCC基板上。

被动元器件如RLC及滤波器(SAW/BAW/Balun等)以分离式被动元件、整合性被动元件或嵌入式被动元件的方式整合在一个模组中。

什么情况下采用SIP ?当产品功能越来越多，同时电路板空间布局受限，无法再设计更多元件和电路时，设计者会将此PCB板功能连带各种有源或无源元件集成在一种IC芯片上，以完成对整个产品的设计，即SIP应用。

SIP优点1、尺寸小在相同的功能上，SIP模组将多种芯片集成在一起，相对独立封装的IC更能节省PCB的空间。

2、时间快SIP模组板身是一个系统或子系统，用在更大的系统中，调试阶段能更快的完成预测及预审。

3、成本低SIP模组价格虽比单个零件昂贵，然而PCB空间缩小，低故障率、低测试成本及简化系统设计，使总体成本减少。

4、高生产效率通过SIP里整合分离被动元件，降低不良率，从而提高整体产品的成品率。

模组采用高阶的IC封装工艺，减少系统故障率。

5、简化系统设计SIP将复杂的电路融入模组中，降低PCB电路设计的复杂性。

SIP封装工艺流程SIP（Structural Insulated Panel）是一种由两层面材（如钢板、铝板、钢板、纤维板等）之间填充加入保温材料（如聚苯板、聚氨酯板等）而成的新型建筑材料。

SIP的封装工艺流程一般包括设计、材料准备、制作、安装和检验等环节。

首先，设计阶段是整个封装工艺流程的起点。

在设计阶段，需要根据建筑的整体结构和要求来选择合适的SIP封装材料，并且对整体结构进行设计和布置。

设计还需要考虑到SIP封装的断桥、连接和保温等问题，确保施工和使用过程中的安全和稳定。

接下来是材料准备阶段。

在这个阶段，需要准备SIP封装所需的各种材料，包括面材、保温材料和连接件等。

面材可以根据需要选择不同的材料，比如钢板用于外墙封装，纤维板用于内墙封装。

保温材料则可以根据需要选择不同的密度和厚度，以达到所需的隔热效果。

同时，还需要准备连接件，用于将SIP封装板固定在一起，形成整体结构。

然后是制作阶段。

在制作阶段，首先需要根据设计图纸将SIP封装板切割成所需的尺寸，并在板内开孔，用于放置门窗等设备。

然后，在SIP封装板的内部和外部涂布黏合剂或密封胶，以增加SIP封装板的稳定性和密封性。

接下来，将保温材料填充到两层面材之间，并将两层面材用连接件固定在一起。

最后，进行清洗和检验，确保SIP封装板的质量和稳定性。

安装阶段是封装工艺流程中的一个重要环节。

在安装阶段，需要先将SIP封装板吊装到预定的位置，然后进行调整和固定。

调整主要是针对墙体的垂直度和平整度进行调整，以确保整个封装体系的一致性和稳定性。

最后，使用专用的连接件将SIP封装板与建筑的其他部分连接起来，形成完整的封装体系。

最后，是检验阶段。

在检验阶段，需要对已经安装好的SIP封装进行全面的检查和测试，确保其质量和安全。

检验内容包括SIP封装板的外观、尺寸和平整度等。

同时，还需要对SIP封装板的隔热性能和承载能力进行测试，以验证其符合设计要求。

总之，SIP封装工艺流程包括设计、材料准备、制作、安装和检验等环节。