单列直插式封装(sip),引脚从封装一个侧面引出,排列成一条直线。通常,它们是通孔式的,管脚插入印刷电路板的金属孔内。当装配到印刷基板上时封装呈侧立状。这种形式的一种变化是锯齿型单列式封装(zip),它的管脚仍是从封装体的一边伸出,但排列成锯齿型。这样,在一个给定的长度范围内,提高了管脚密度。引脚中心距通常为2.54mm,引脚数从2至23,多数为定制产品。封装的形状各异。也有的把形状与zip相同的封装称为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(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。对比soc,sip具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。sip将打破目前集成电路的产业格局,改变封装仅仅是一个后道加工厂的状况。未来集成电路产业中会出现一批结合设计能力与封装工艺的实体,掌握有自己品牌的产品和利润。目前全世界封装的产值只占集成电路总值的10%,当sip技术被封装企业掌握后,产业格局就要开始调整,封装业的产值将会出现一个跳跃式的提高。
sip封装可将其它如被动组件,以及天线等系统所需的组件整合于单一构装中,使其更具完整的系统功能。由应用产品的观点来看,sip更适用于低成本、小面积、高频高速,以及生产周期短的电子产品上,尤其如功率放大器(pa)、定位系统、蓝芽模块(bluetooth)、影像感测模块、记忆卡等可携式产品市场。但在许多体系中,封闭式的电路板限制了sip的高度和应用。以长远的发展规划而言,soc的发展将能有效改善未来电子产品的效能要求,而其所适用之封装型态,也将以能提供更好效能之覆晶技术为发展主轴;相较于soc的发展,sip则将更适用于成本敏感性高的通讯用及消费性产品市场。
sip技术可以应用到信息产业的各个领域,但目前研究和应用特色的是在无线通信中的物理层电路。商用射频芯片很难以用硅平面工艺实现,使得soc技术能实现的集成度相对较低,性能难以满足要求。同时由于物理层电路工作频率高,各种匹配与滤波网络含有大量无源器件,sip的技术优势就在这些方面充分显示出来。目前sip技术尚属初级阶段,虽有大量产品采用了sip技术,其封装的技术含量不高,系统的构成与在pcb上的系统集成相似,无非是采用了未经封装的芯片通过cob技术与无源器件组合在一起,系统内的多数无源器件并没有集成到载体内,而是采用smt分立器件。
在sip这一名词普及之前就已经出现了多种单一封装体内集成的产品,历史原因造成了这些产品至今还没有贴上sip的标签。早出现的模块是手机中的功率放大器,这类模块中可集成多频功放、功率控制、及收发转换开关等功能。另外三维多芯片的存储模块,逻辑电路与存储电路的集成也处于这种情况。
集成度较高的是bluetooth和802.11(b/g/a)。philips公司的bgb202 bluetooth sip模块除了天线之外,包含了基带处理器和所有的物理层电路,其中一部分滤波电路就是用薄膜工艺实现的(但不是在sip的载体中,而是以一个分立的无源芯片形式出现的)。整个模块的外围尺寸是7mm×8mm×1.4mm。外部单元只需要天线和时钟。philips还有一款面向3g通信的手机电视解决方案也采用了sip技术,9mmx9mm的模块内包含了高频头、信道解调和解码。
uwb是sip的另一个理想应用。freescale semiconductor已经开始提供ds-uwb芯片组。
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