隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨，全球終端電子產(chǎn)品漸漸走向多功能整合及低功耗設(shè)計(jì)，因而使得可將多顆裸晶整合在單一封裝中的SIP技術(shù)日益受到關(guān)注。除了既有的封測(cè)大廠積極擴(kuò)大SIP制造產(chǎn)能外，晶圓代工業(yè)者與IC基板廠也競(jìng)相投入此一技術(shù)，以滿足市場(chǎng)需求。

早前，蘋果發(fā)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(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升(摩爾定律)，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市場(chǎng)的需求(超越摩爾定律)。

根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體路線組織（ITRS）的定義：SIP為將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與可選無(wú)源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

SIP定義

從架構(gòu)上來(lái)講， SIP 是將多種功能芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等功能芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(gè)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(jì)算速度。SOC稱為系統(tǒng)級(jí)芯片，也有稱片上系統(tǒng)，意指它是一個(gè)產(chǎn)品，是一個(gè)有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容。同時(shí)它又是一種技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開(kāi)始，到軟/硬件劃分，并完成設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。

SOC與SIP之比較

自集成電路器件的封裝從單個(gè)組件的開(kāi)發(fā)，進(jìn)入到多個(gè)組件的集成后，隨著產(chǎn)品效能的提升以及對(duì)輕薄和低耗需求的帶動(dòng)下，邁向封裝整合的新階段。在此發(fā)展方向的引導(dǎo)下，形成了電子產(chǎn)業(yè)上相關(guān)的兩大新主流：系統(tǒng)單芯片SOC（System on Chip）與系統(tǒng)化封裝SIP（System in a Package）。

SOC與SIP是極為相似，兩者均將一個(gè)包含邏輯組件、內(nèi)存組件，甚至包含被動(dòng)組件的系統(tǒng)，整合在一個(gè)單位中。

SOC是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，是將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯片上。

SIP是從封裝的立場(chǎng)出發(fā)，對(duì)不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式，將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與可選無(wú)源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件。

構(gòu)成SIP技術(shù)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(tǒng)封裝工藝（Wire bond和Flip Chip）和SMT設(shè)備。無(wú)源器件是SIP的一個(gè)重要組成部分，如傳統(tǒng)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(shù)值高的電感、電容等通過(guò)SMT組裝在載體上。

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(tǒng)，而SiP集成了AP+mobile DDR，某種程度上說(shuō)SIP=SOC+DDR，隨著將來(lái)集成度越來(lái)越高，emmc也很有可能會(huì)集成到SIP中。

從封裝發(fā)展的角度來(lái)看，因電子產(chǎn)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(jīng)被確立為未來(lái)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與發(fā)展方向。但隨著近年來(lái)SOC生產(chǎn)成本越來(lái)越高，頻頻遭遇技術(shù)障礙，造成SoC的發(fā)展面臨瓶頸，進(jìn)而使SIP的發(fā)展越來(lái)越被業(yè)界重視。

SIP的封裝形態(tài)

SIP封裝技術(shù)采取多種裸芯片或模塊進(jìn)行排列組裝，若就排列方式進(jìn)行區(qū)分可大體分為平面式2D封裝和3D封裝的結(jié)構(gòu)。相對(duì)于2D封裝，采用堆疊的3D封裝技術(shù)又可以增加使用晶圓或模塊的數(shù)量，從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)SIP技術(shù)的功能整合能力。而內(nèi)部接合技術(shù)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(jié)構(gòu)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(nèi)藏于多功能基板中，達(dá)到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，與不同的內(nèi)部接合技術(shù)搭配，使SIP的封裝形態(tài)產(chǎn)生多樣化的組合，并可依照客戶或產(chǎn)品的需求加以客制化或彈性生產(chǎn)。

幾種SIP封裝方案

SIP的技術(shù)難點(diǎn)

SIP的主流封裝形式是BGA，但這并不是說(shuō)具備傳統(tǒng)先進(jìn)封裝技術(shù)就掌握了SIP技術(shù)。

對(duì)于電路設(shè)計(jì)而言，三維芯片封裝將有多個(gè)裸片堆疊，如此復(fù)雜的封裝設(shè)計(jì)將帶來(lái)很多問(wèn)題：比如多芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，芯片如何堆疊起來(lái)；再比如復(fù)雜的走線需要多層基板，用傳統(tǒng)的工具很難布通走線；還有走線之間的間距，等長(zhǎng)設(shè)計(jì)，差分對(duì)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

此外，隨著模塊復(fù)雜度的增加和工作頻率（時(shí)鐘頻率或載波頻率）的提高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度會(huì)不斷增加，設(shè)計(jì)者除具備必要的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)外，系統(tǒng)性能的數(shù)值仿真也是必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

SOC與SIP技術(shù)趨勢(shì)

從集成度而言，一般情況下， SOC 只集成 AP 之類的邏輯系統(tǒng)，而 SIP 集成了AP+mobileDDR，某種程度上說(shuō) SIP=SOC+DDR，隨著將來(lái)集成度越來(lái)越高， emmc也很有可能會(huì)集成到 SIP 中。從封裝發(fā)展的角度來(lái)看，因電子產(chǎn)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(jīng)被確立為未來(lái)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與發(fā)展方向。但隨著近年來(lái) SOC生產(chǎn)成本越來(lái)越高，頻頻遭遇技術(shù)障礙，造成 SOC 的發(fā)展面臨瓶頸，進(jìn)而使 SIP 的發(fā)展越來(lái)越被業(yè)界重視。?