SIP封装介绍
SIP称为系统级封装技术，根据国际半导体线路组织（ITRS）的定义：SIP是将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS或光学器件等其他器件组装到一起，实现具有一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或子系统的封装技术
本文摘自清华大学出版社【芯片SIP封装与工程设计 ，毛忠宇编著】
SIP封装介绍其实是在SOC的基础上发展起来的一种新技术，它具备优化的功能，价格，尺寸，较短的上市周期，还可以实现较高的芯片密度，集成较大值的无源器件，是有效的芯片组合应用，具有显著的灵活性。当SOC封装的实现成本过高时，就可以选择成本更低的SIP。
概括SIP封装介绍的主要特点如下。
（1）SIP的特点
☐可以把不同的IC工艺集成在一起（如Si,GaAs,InP等）。
☐不同代工艺的IC可以一起封装。
☐集成有源与无源器件。
☐器件可以根据需要随时组合，实现功能多样性。
☐提高器件互连的电学性能。
☐基板中可以埋入有源或无源器件。
☐集成一个或多个SOC。
☐开发周期短。
☐功耗更低。
☐性能更优良。
☐成本更低。
☐体积更小，重量更轻。
（2）SIP应用领域
☐医疗电子
☐汽车电子
☐功率模块
☐图像传感器
☐移动终端
☐全球定位系统
（3）SIP封装组成
SIP由芯片（Die）外加分立元件在基板上集成，当然还有其他的立体堆叠或各种复杂的组合
从架构上来讲，SIP(System In a Package系统级封装)是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与SOC（片上系统）相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而SOC则是高度集成的芯片产品
SIP是解决系统桎梏的胜负手。把多个半导体芯片和无源器件封装在同一个芯片内，组成一个系统级的芯片，而不再用PCB板来作为承载芯片连接之间的载体，可以解决因为PCB自身的先天不足带来系统性能遇到瓶颈的问题。以处理器和存储芯片举例，因为系统级封装内部走线的密度可以远高于PCB走线密度，从而解决PCB线宽带来的系统瓶颈。举例而言，因为存储器芯片和处理器芯片可以通过穿孔的方式连接在一起，不再受PCB线宽的限制，从而可以实现数据带宽在接口带宽上的提升。
（4）SIP工艺分析及我们能提供的解决方案
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。
2.1.引线键合封装工艺
SIP封装介绍引线键合封装工艺主要流程如下:
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→终检→测试→包装。
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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。行业简称研磨机，圆片减薄及切割DISCO都可以生产，ASM 激光切割机效果很好
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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*常用的方法是使用聚合物粘结剂粘贴到金属框架上。电阻，电容无源器件使用ASM TX/ASM TXMircon 贴片,Die使用ASM 固晶机粘片机贴装
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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。表面粗糙（不平整）、有氧化层形成或是有化学沾污、吸潮等都会影响到键合效果，降低键合强度。热压焊的温度在 300℃~400℃，时间一般为 40ms（通常,加上寻找键合位置等程序，键合速度是每秒二线）。超声焊的优点是可避免高温，因为它用20kHz~60kHz的超声振动提供焊接所需的能量，所以焊接温度可以降低一些。将热和超声能量同时用于键合，就是所谓的热超声焊。与热压焊相比，热超声焊*大的优点是将键合温度从 350℃降到250℃左右（也有人认为可以用100℃~150℃的条件），这可以大大降低在铝焊盘上形成 Au-Al 金属间化合物的可能性，延长器件寿命，同时降低了电路参数的漂移。在引线键合方面的改进主要是因为需要越来越薄的封装，有些超薄封装的厚度仅有0.4mm 左右。所以引线环（loop）从一般的200 μ m~300 μ m减小到100μm~125μm，这样引线张力就很大，绷得很紧。另外，在基片上的引线焊盘外围通常有两条环状电源 / 地线，键合时要防止金线与其短路，其*小间隙必须>625 μ m，要求键合引线必须具有高的线性度和良好的弧形。
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等离子清洗——清洗的重要作用之一是提高膜的附着力，如在Si 衬底上沉积 Au 膜，经 Ar 等离子体处理掉表面的碳氢化合物和其他污染物，明显改善了 Au 的附着力。等离子体处理后的基体表面，会留下一层含氟化物的灰色物质，可用溶液去掉。同时清洗也有利于改善表面黏着性和润湿性。可以提供等离子清洗机等设备
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液态密封剂灌封——将已贴装好芯片并完成引线键合的框架带置于模具中，将塑封料的预成型块在预热炉中加热（预热温度在 90℃~95℃之间），然后放进转移成型机的转移罐中。在转移成型活塞的压力之下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔（在整个过程中，模具温度保持在 170℃~175℃左右）。塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定的硬度，然后用顶杆顶出模块，成型过程就完成了。对于大多数塑封料来说，在模具中保压几分钟后，模块的硬度足可以达到允许顶出的程度，但是聚合物的固化（聚合）并未全部完成。由于材料的聚合度（固化程度）强烈影响材料的玻璃化转变温度及热应力，所以促使材料全部固化以达到一个稳定的状态，对于提高器件可靠性是十分重要的，后固化就是为了提高塑封料的聚合度而必需的工艺步骤，一般后固化条件为 170℃~175℃，2h~4h。Molding工艺，可以提供ASM Molding设备
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液态密封剂灌封——目前业内采用的植球方法有两种：“锡膏”+“锡球”和“助焊膏”+ “锡球”。“锡膏”+“锡球”植球方法是业界公认的*好标准的植球法，用这种方法植出的球焊接性好、光泽好，熔锡过程不会出现焊球偏置现象，较易控制，具体做法就是先把锡膏印刷到 BGA 的焊盘上，再用植球机或丝网印刷在上面加上一定大小的锡球，这时锡膏起的作用就是粘住锡球，并在加温的时候让锡球的接触面更大，使锡球的受热更快更**，使锡球熔锡后与焊盘焊接性更好并减少虚焊的可能。
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表面打标——打标就是在封装模块的顶表面印上去不掉的、字迹清楚的字母和标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别并可跟踪。打码的方法有多种，其中*常用的是印码方法，而它又包括油墨印码和激光印码二种。可以提供激光打码机，需要控制波长及能量
2.2.倒装焊工艺
和引线键合工艺相比较倒装焊工艺具有以下几个优点：
（1）倒装焊技术克服了引线键合焊盘中心距极限的问题；
（2）在芯片的电源 /地线分布设计上给电子设计师提供了更多的便利；
（3）通过缩短互联长度，减小 RC 延迟，为高频率、大功率器件提供更完善的信号；
（4）热性能优良，芯片背面可安装散热器；
（5）可靠性高，由于芯片下填料的作用，使封装抗疲劳寿命增强；
（6）便于返修。
以下是倒装焊的工艺流程（与引线键合相同的工序部分不再进行单独说明）：圆片→焊盘再分布→圆片减薄、制作凸点→圆片切割→倒装键合、下填充→包封→装配焊料球→回流焊→表面打标→分离→检查→测试→包装。
简单来讲，SIP封装介绍是集合了SMT表面贴装技术与半导体封装技术的结合体，分立器件需要Fuji NXT高精度SMT贴片机去贴装，Die封装/倒装需要固晶机/Flipchip倒装固晶机贴装，需要焊线机去做引线键合的工艺。
