雙面 SiP 模型與SiP 在5G器件中的應用趨勢介紹

在這里首先要搞清楚 SiP 在封裝中的層次從微系統的集成方式上來看,微系統的實現方式主要有SoC、SiP 以及封裝系統(System of Package,SoP)SoC 是基于單片的集成,Si 是基于多芯片的封裝集成,而 SoP 則是基于封裝的系統集成.三者的層次是由低到高的,也就是說,在 SiP 中可以出現 SOC 集成的芯片,在 SoP 中也會包含多個 SiP 器件我們可以認為,SiP 是處在芯片與整機系統間的功能器件的封裝SiP 是將多個具有不同功能的有源電子器件和可以選擇的無源器件,以及諸如 MEMS 或者光學器件等其他的器件,組裝為可以提供多種功能的單個標準封裝器件,形成一個系統或者子系統.siP 的封裝特征與 5G 毫米波器件封裝的要求十分相符.現在所說的 SiP 技術是在 2000 年左右出現的各種 SiP尤其是射頻部分.在移動領域被廣泛應用.2.5D/3D 形式的 SiP 封裝被認為是未來發展的重點方向,因為這是后摩爾時代突破摩爾定律下器件尺寸的一個重要突破口.

二、雙面SiP

在5G低于6GHz器件封裝的方案中較先進的雙面SiP 獲得運用與普通單面SiP 相比雙面SiP 可以進一步提高系統的集成度,減小封裝尺寸,并提高系統性能.雙面 SiP 是一種熱封裝解決方案,采用了雙面 SMT 和雙面成型來縮小整個模塊的尺寸.雙面SiP 簡化了 PKG I/O 計數提高了電源效率減小了噪聲排放.從電集成的角度來看,雙面 SiP 由于較短的信號傳輸路徑可以獲得比其他并排倒裝芯片 SiP 結構更好的電性能:從熱性能來看,高熱解決方案可提高24%~38%雙面SiP 模塊可以為 5G封裝提供一種先進的解決方案,以解決 5G 器件的性能、可靠性、尺寸和成本的需求。

雙面 SiP 模型與單面模型相比,可以允許在一個小的模型上面出現更多模塊,其固然增大了封裝空間的利用率,但是由于散熱路徑的重疊,其散熱性能是不得忽視的一個問題.針對雙面 SiP 結構的散熱問題,Chen 等人使用紅外相機和熱電偶分析與比較了單/雙面 SiP 模塊的熱性能.為了改善雙面 SiP 的散熱,該團隊設計了以下幾個措施:(1) 單面封裝用焊球連接 PCB,而雙面封裝用銅球連接,由于銅的導熱系數高于焊料,因此,它可以幫助快速傳熱;(2) 暴露模具,即高溫不應包裹在聚合物材料中,且把填充物(Underfill)放在模塊和 PCB 之間的間隙中;(3)另一個重要的改進是 PCB 設計的替代.增加 PCB 上的散熱孔和散熱路徑,增加 PCB 的銅含量如此以來,經改進后的雙面 SiP 散熱得到了改善,且接近于單面 SiP此外,他們建立的利用模擬的方法進行了相同的測試圖 2 為該團隊建立的單面 SiP 和雙面  SiP的模型模擬結果與試驗結果最大誤差在 8.4% 以內,且模擬結果表明.當基板增加了更多的銅后,熱性能大大改善并且在模塊與PCB間填充Underfi11后模塊與基板間形成了流暢的熱路徑。

三、SiP 在5G器件中的應用趨勢

5G 技術的發展,會將電子產業帶人一個新的領域.由于 5G 技術的先進性,將會使電子產品的性能獲得極大的提升.與此同時,人們也需要在這之中獲得便利,即這些電子產品要具有較高的便攜性.以手機為例,從最早的智能手機時代開始,每次發售的新手機都引人了一些新的功能,比如雙卡雙待、指紋識別多攝像頭、移動支付、人臉識別等新功能,這些都增加了手機的耗電量.但是以現有的技術,大幅度增加鉀電池的電量密度是難以實現的.這就要求系統級封裝和模組化技術的發展.以此來實現手機的外觀輕薄和減小功耗.SiP從封裝和組裝為切入點以高精度的表面貼裝技術(Surface Mounted Technology,SMT) 和先進封裝技術,將若干裸芯片和微型的無源器件進行高度的集成化,并成為微型化的高性能組件，成熟運用 SiP 技術可以加快 5G 技術的研發過程.也可以極大程度上簡化電子產品的制造流程.為人們的生活帶來更多便利.

未來滿足 5G 器件的功能性、小型化、可靠性以及成本效益要求根據 Inan Ndip 等人的總結SiP的架構以及封裝材料和互連必須滿足以下要求.

(1) 性能需求.如電磁兼容性、信號完整性、電源完整性、高增益的天線陣列、高品質因數的無源器件.

(2)可靠性要求5G 器件的 SiP 結構必須充分考慮到散熱性能以及熱穩定性,并且要盡可能杜絕正常使用過程中的熱機械可靠性問題.

(3)小型化要求SiP 必須能夠使未來的 5G 器件小型化,從而能夠達到隨時集成到其他組件/模塊上的目的.

(4) 成本要求.在滿足使用要求的前提下,SiP 應該盡可能降低成本.

對于上述幾個問題,除了從封裝材料以及組裝方法上著手,從工藝和結構上進行考慮也是必要的.例如,在工藝上可以利用面板級封裝工藝制作 SiP,同時制作數百個 5G 模塊,分攤成本從結構方面考慮,為了滿足 5G 器件小型化要求以及高性能的要求就必須使SiP 脫離傳統的二維層面,逐漸向著2.5D SiP,特別是 3D SiP 的方向進發此外較為先進的雙面 SiP也在 5G 及之后的高頻毫米波器件的封裝中得到了用武之地,雙面SiP 不需要使用中介層(interposer)來實現 SiP,從而能夠在保證小型化和提高集成度的同時降低成本.

四、SiP芯片封裝清洗：

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

合明科技運用自身原創的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

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