单列直插式封装（SIP）原理

jspij1 · 发表于 2021-12-9 10:22

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单列直插式封装（SIP）原理

　　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(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。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)、全球定位系统、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，但目前研究和应用最具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。最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。