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聊一聊苹果芯片所用的SIP封装技术|欧冠外围官网
时间:2021-02-03 来源:欧冠外围官网 浏览量 21977 次
本文摘要:苹果在发布会上提到其芯片用于SIPPCB,但你明白吗?

苹果在发布会上提到其芯片用于SIPPCB,但你明白吗?SIP是SysteminPackage的全称,是一种基于SoC开发的PCB技术。Amkor认为,SiP被定义为“一个包含多个芯片或一个集成电路盒中的一个芯片的印刷电路板,加上任何一个或多个元件,如无源元件、电容、电阻、连接器、天线等。被认为是“SiP”,也就是说,一个PCB中不仅可以组装多个芯片,还可以包括SiP,还包括Multi-chip module;(多芯片模块;MCM)技术和多芯片PCB(多芯片封装;MCP)技术、StackDie、pop(包中包)、PiP(包中包)和嵌入式Substrate技术。

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从结构外观上看,MCM属于二维2D封装,而MCP、StackDie、PoP、PiP属于三维3D封装。由于3D能满足市场小型化、高效率的需求,近年来备受业界关注。在SiPPCB中,引线键合是最常见的点对点技术,倒装芯片在少数情况下使用,或者具有引线键合的倒装芯片用作与衬底的点对点。

但是以StackDie为例,上层芯片还是需要通过引线键合的方式连接。当填充芯片的数量减少时,上层芯片所需的引线键合长度会更宽,从而影响整个系统的性能。为了保持布线空间,有必要在芯片之间放置一个插入器,这导致印刷电路板厚度的减少。

随着SoC制造技术从微米到纳米的缓慢演进,单个芯片可以容纳的晶体管数量将越来越多,同时SoC的集成能力也将得到提高,这符合系统产品对低功耗、低成本、高性能的排斥。然而,在半导体制造工艺向纳米代转移后,SoC面临的各种问题越来越难以解决,如制造工艺小型化的技术瓶颈和成本不断增加,SoC芯片研发成本和时间增长缓慢,异质集成难度提高缓慢,产品生命周期较长,及时上市的压力巨大,这些都使得SiP技术有了发展的机会。

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SiP技术没有集成的灵活性,可以大大减少电路板的面积。系统PCB(SiP)技术在现有的集成电路工程中并不是一个低难度的工艺,因为各种功能芯片都是通过集成电路PCB技术集成的。功能芯片组除了考虑PCB的风扇处理外,还可以将原有的线性功能设计或元件集成到单个芯片中,这样不仅可以防止设计方案被抄袭和复制,而且可以利用多功能芯片集成,使最终产品在市场上具有很强的竞争力,尤其是在产品尺寸、功耗方面,如果SiP元件设计得当,可以等于一个系统载板所涉及的功能芯片和电路的总和。根据不同的功能芯片,可以采用非常简单的SidebySide芯片布局。

它还可以使用更简单的MCM(多芯片模块(MCM)技术、多芯片PCBMCP(多芯片封装)技术、StackDie、pop(封装内封装)、PiP(封装内封装)等不同的可玩性和制造方法来开发系统架构。也就是说,在单个PCB中,不仅可以使用多个芯片来开发系统功能构建,还可以开发和填充包括前述不同类型的器件、无源元件、电路芯片和功能模块的PCB,并且可以通过使用内部布线或更简单的3DIC技术集成来构建更简单和原始的SiP系统功能。在SiP集成电路板中,关键技术在于SIp电路板中芯片或功能模块的互连。一般来说,引线键合可以以非常简单的形式或对芯片尺寸的低抑制方案来满足大多数市场需求,并且引线键合是引线键合形式的芯片的最常见布局。

当功能芯片数量较大时,芯片的标记面积不会减少,但如果我们想超越SiPPCB并努力使其小型化,可以切换到技术水平较高的倒装芯片或带引线键合的倒装芯片,与集成电路基板点对点开始。基本上,在堆叠芯片的方法中,上层的芯片或模块仍然必须通过引线键合来连接。但是,如果SiP中有大量集成芯片和功能模块,填充的芯片和功能模块的数量就会减少,这不会导致更多的芯片和模块位于SiP结构的上层,连接电子电路的必要导线长度会迅速增加,对于在低时钟运行的功能模块,较长的传输线不会产生线路噪声或影响整体系统性能。

至于SiP,为了在结构上为引线键合留出空间,放置在芯片或功能模块之间的插入器不会由于这些适当的程序而减少SiP的最终印刷电路板产品的厚度。随着IC集成电路生产和PCB技术的发展,芯片或功能模块的裸芯片工艺已经从微米工艺升级到纳米级,这意味着单个功能芯片或功能模块可以变得越来越小,SiP的功能可以多次蓬勃发展,甚至可以轻松保持相同的PCB尺寸。

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由于半导体技术的进步,单个芯片的功能在性能、体积和功耗方面不断优化,同时芯片的片上系统集成能力也得到提高。而SoC在面对小型化的排斥、异构核心集成、产品更换版本/功能缓慢等方面更是雪上加霜。这也使得流程完整、更有利于多芯片集成的SiP工艺技术应运而生,并使SiP在更好的发展领域有其发展优势和条件。

SiP的功能优势大多归结为设计轻量级电子产品的最重要的方案,然后考察SiP的技术优势。第一,SiP可以利用PCB技术使集成设计变得高效,也就是说SiP可以在单个PCB上安装多组功能芯片。比如单个SiP集成两组功能芯片,可以在同一个芯片标记区设置双芯片功能进行填充设计,如果封装三个功能芯片,可以在大体积的单芯片中设置多芯片功能。

SiP的另一个优点是,封装芯片的设计检查在某种程度上不会比集成多功能芯片的SoC设计方案简单太多,因为SiP使用了几个功能芯片,Si智才iP或者功能模块芯片进行封装。基本上,这些功能独立国家的芯片可以使用现有的检测流程来验证功能的完整性,而在SiP流程中,只对芯片、功能模块和功能模块之间的内部连接进行PCB背后的长期正确性测试,大大增加了设计流程和检测成本。

但SoC必须利用版图/布线,不仅设计过程和负载简单,后期芯片检测和调整成本也很高。与SiP相比,两者在寻找上市时间方面有绝对优势。同时,SiP的优点是可以集成不同的功能芯片和功能模块,在面对异构芯片封装时可以非常灵活。无源元件也可以设置在印刷电路板体内,甚至天线模块也可以内置在印刷电路板体内。

芯片的PCB结果可以组合成一个电子系统,构建嵌入式无源元件的设计方案组。此外,SiP可以大大降低系统开发成本,因为所涉及的所有电子电路都可以与PCB中的电路和元件布局集成在一起,不仅节省了SiP终端元件本身的标记空间,而且将一些电路板的关键电路和元件归入SiPPCB,大大修改了PCB的复杂度和面积,大大优化了成本和检查程序。高度集成电路PCB提高了产品的外部机械和外部化学生锈能力。

SiP也不具备优异的抗机械和外部化学生锈能力,因为涉及的所有电路都与PCB的整个外壳集成在一起,可以降低电路载板的抗机械变形和外部化学生锈能力,同时提高电子系统的可靠性。与传统的集成电路芯片或PCB组件不同,SiP不仅可以处理数字系统电子的标准化操作,而且似乎DSP(Digitalsignalprocessing)数字信号处理系统、传感器、MEMS(微电子机械系统)甚至光通信应用都可以使用关键模块组件进行集成,这比过去芯片的SiPPCB组件必须处理大量电路功能的功能设计更大。

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由于SiP可以用于的芯片布局和内部连接的技术方案不同,SiP组件设计已经采用多芯片点对点、倒装芯片、IC芯片点对点等设计方案完成。可以大大减少多芯片集成后SiP的外部电连接接口,不仅可以有效增加PCB尺寸和插槽数量,还可以延长功能IC之间的连接线长度。

电性能大大提高,通过在芯片内部使用点对点,SiP可以获得更高质量的电连接效果、低功耗和低噪声的连接质量。特别是在外部频率较低的工作环境下,SiP的运行效率可以超过同类SoC组件。SiP组件并不是唯一的,SiP的运行速度、接口带宽和功耗仍然远不如SoC组件,因为SoC是一种功能极度优化的设计,已经针对组件的运行效率、接口带宽和功耗进行了优化,而SiP则是利用Si智才iP、功能IC或者一些功能模块在PCB中开发内部连接和集成,与SoC相比有很多晶体管数量上的差距,没有必要在功耗上与SoC产品竞争。另外,如果内部布线连接由TSV(Through-SiliconVia)连接,由于布线并没有随着SoC的超过而极度优化,所以传输延迟会由金属线的连接造成,而且每个功能芯片也有自己独立的电源,不会造成功耗优化程度的有限提升。


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