如何選擇系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品工藝和材料

對(duì)于一個(gè)新的SiP產(chǎn)品或者項(xiàng)目，設(shè)計(jì)師首先需要了解的就是采用什么樣的工藝和材料來實(shí)現(xiàn)SiP產(chǎn)品，不同的選擇會(huì)帶來哪些不同，成本、周期有多大的區(qū)別？

SiP系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品按工藝或材料通常主要分為：塑料封裝SiP、陶瓷封裝SiP和金屬封裝SiP三種類型，參看圖1。

圖1 三種不同工藝材料的SiP封裝類型

每種類型的?SiP產(chǎn)品都有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，需要設(shè)計(jì)師根據(jù)項(xiàng)目的用途、項(xiàng)目周期、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)情況進(jìn)行合理選擇。

2.1???塑料封裝SiP

塑料封裝SiP通常稱為塑封SiP，主要應(yīng)用于商業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有低成本優(yōu)勢(shì)，但在芯片散熱、穩(wěn)定性、氣密性方面相對(duì)較差。其特點(diǎn)主要總結(jié)如下：

1. 密封性稍差，無法阻擋濕氣和腐蝕性氣體對(duì)芯片的腐蝕；
2. 不容易拆解，模封灌膠后，幾乎無法打開，否則損壞芯片；
3. 散熱性能較差，因?yàn)橛袡C(jī)基板和模封膠的傳熱系數(shù)低；
4. 工作溫度范圍小，一般溫度范圍為0℃~+70℃，工業(yè)級(jí)的是-40℃~+85℃；
5. 生產(chǎn)周期短，一般生產(chǎn)周期2~3個(gè)月；
6. 價(jià)格便宜，成本低廉，一次打樣需要人民幣10萬元左右；
7. 適合大批生產(chǎn)，在商業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

塑料封裝SiP一般采用有機(jī)基板對(duì)芯片進(jìn)行互聯(lián)和承載，然后通過模封灌膠的方式對(duì)芯片進(jìn)行加固和密封，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 塑封SiP的結(jié)構(gòu)

2.2???陶瓷封裝SiP

陶瓷封裝SiP多用于工業(yè)級(jí)產(chǎn)品、軍品以及航空航天、軍工等領(lǐng)域，其散熱優(yōu)良，氣密性好、可靠性高。同時(shí)，陶瓷具有可拆解的優(yōu)勢(shì)，便于故障查找和問題“歸零”。其特點(diǎn)主要總結(jié)如下：

1. 密封性好，可以做到氣密性，阻擋濕氣和腐蝕性氣體；
2. 散熱性能好，陶瓷基板外殼的熱傳導(dǎo)系數(shù)比較大，利于芯片散熱；
3. 對(duì)極限溫度的抵抗性好，陶瓷封裝工作溫度可達(dá)到軍品要求-55℃~+150℃；
4. 容易拆解，便于問題分析，陶瓷封裝體內(nèi)部芯片都處于真空裸露狀態(tài)；
5. 體積小，適合大規(guī)模復(fù)雜芯片，主要相對(duì)與金屬封裝而言；
6. 生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一般生產(chǎn)周期6~8個(gè)月；
7. 價(jià)格高，一次打樣需要人民幣40~100萬元左右；
8. ?適合軍品和航空航天應(yīng)用，目前在全球軍工和航空航天領(lǐng)域應(yīng)用普遍。

陶瓷封裝SiP一般采用HTCC陶瓷基板對(duì)芯片進(jìn)行互聯(lián)和承載，其外殼和基板通常為一體，結(jié)構(gòu)多采用腔體結(jié)構(gòu)，用可伐合金焊接密封，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 陶瓷封裝SiP的結(jié)構(gòu)

2.3???金屬封裝SiP

金屬封裝SiP和陶瓷封裝SiP類似，多用于工業(yè)級(jí)產(chǎn)品、軍品以及航空航天、軍工等領(lǐng)域，其氣密性好、可靠性高，散熱優(yōu)良。金屬封裝也可拆解，便于故障查找和問題“歸零”。其特點(diǎn)主要總結(jié)如下：

1. 金屬封裝密封性好，可以做到氣密性，阻擋濕氣和腐蝕性氣體；
2. 散熱性能好，對(duì)極限溫度的抵抗性好；
3. 容易拆解，開蓋后即可直接看到內(nèi)部裸芯片；
4. 體積較大，扇出引腳較少，不太適合復(fù)雜芯片；
5. 通常用在MCM領(lǐng)域，射頻微波，模擬SiP領(lǐng)域應(yīng)用較多；
6. 生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，一般生產(chǎn)周期4~6個(gè)月；
7. ?價(jià)格較高，一次打樣需要人民幣30~80萬元左右；
8. 適合軍品和航空航天應(yīng)用。

金屬封裝SiP一般采用LTCC、厚膜或者薄膜陶瓷基板對(duì)芯片進(jìn)行互聯(lián)和承載，其基板和外殼獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，基板采用粘結(jié)法固定到金屬外殼上，電氣上采用Bond Wire和外部引腳連接，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 金屬封裝SiP的結(jié)構(gòu)

看了上面的描述，設(shè)計(jì)者結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，就能確定選擇什么樣的工藝和材料來完成自己的SiP項(xiàng)目和產(chǎn)品了。

文章節(jié)選自《SIP系統(tǒng)封裝設(shè)計(jì)與仿真》，RFIC封裝攻城獅之家公眾號(hào)

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