系統(tǒng)級封裝(SiP)技術(shù)

逍遙設(shè)計(jì)自動化

Si3P框架簡介
系統(tǒng)級封裝(SiP)代表電子封裝技術(shù)的重大進(jìn)步，將多個(gè)有源和無源元件組合在單個(gè)封裝中。本文通過Si3P框架探討SiP的基本概念和發(fā)展，包括集成、互連和智能三個(gè)方面[1]。
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SiP概念可以通過Si3P更好地理解，將"i"擴(kuò)展為三個(gè)關(guān)鍵要素：集成、互連和智能。
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圖1展示了SiP向Si3P的擴(kuò)展，說明一個(gè)"i"如何轉(zhuǎn)變?yōu)榇�表集成、互連和智能的三個(gè)"i"。
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SiP的集成層次
SiP集成發(fā)生在三個(gè)不同層次：芯片級、印制電路板級和封裝級。每個(gè)層次都具有獨(dú)特的挑戰(zhàn)和系統(tǒng)開發(fā)機(jī)會。
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圖2展示了電子系統(tǒng)集成的三個(gè)層次，顯示了從芯片到封裝再到印制電路板的層次結(jié)構(gòu)。
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互連架構(gòu)
SiP的互連包括三個(gè)主要領(lǐng)域：電磁(EM)、熱力和力學(xué)。對于電磁互連，信號完整性和傳輸路徑優(yōu)化尤為重要。

圖3顯示了從芯片到封裝的信號傳輸路徑，說明了各種互連元素。

: T- j8 C( i. z( h- Y/ `熱管理方案
  J: ]% O+ w3 w* hSiP的熱管理需要仔細(xì)考慮熱傳遞路徑。熱結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線有助于分析散熱特性。
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圖4顯示了熱結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，展示了不同材料的熱阻和熱容量變化。

% a1 T8 x" @( z# B. d: {對于高功率應(yīng)用，可能需要特殊的散熱通道來有效管理熱量。
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  v% A' V3 ?* b0 |% ~( B圖5說明了SiP設(shè)計(jì)中通過特殊散熱通道進(jìn)行散熱的方式。
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機(jī)械設(shè)計(jì)考慮
* A% U( S  @! p* Q$ G0 I力學(xué)互連處理影響封裝的外部和內(nèi)部力。QFN和QFP等不同封裝類型具有不同的力學(xué)處理能力。

圖6比較了QFN和QFP封裝類型，展示其不同的結(jié)構(gòu)特征。

智能化與測試策略
: p, E5 B5 y1 U+ Q$ ^; c$ ZSiP的智能化包括系統(tǒng)功能、測試和軟件集成。
) L( I# c- U6 c測試包括機(jī)器級和板級驗(yàn)證。

; P7 S4 t% i/ c& c' {9 R4 X$ c1 y4 Q圖7解釋了SiP器件的機(jī)器測試原理。

7 P8 Q4 W5 C; a  E/ I) y9 _歷史演進(jìn)
9 |  ]( n& N. Y' J電子集成的歷史發(fā)展顯示了SiP如何成為關(guān)鍵技術(shù)。

2 D9 j' {1 r# r6 {' A圖8展示了印制電路板、封裝和集成電路技術(shù)的集成歷史，顯示其并行發(fā)展。
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0 A5 ]' u# F0 K0 A: `9 j* W" q- I概念框架與未來展望
Si3P概念可以通過類比來理解：集成類似于建造房屋，互連類似于修建道路，智能類似于人類居住者。
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+ a7 p5 f2 t- U) G2 z6 j; |圖9總結(jié)了Si3P概念，顯示物理結(jié)構(gòu)、能量傳遞和功能應(yīng)用之間的關(guān)系。

4 E. X% z- P1 N: U3 l2 v( {隨著技術(shù)發(fā)展，SiP技術(shù)繼續(xù)發(fā)展新的集成方法和互連策略。在后摩爾定律時(shí)代，傳統(tǒng)縮放面臨物理限制時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)顯示出特殊優(yōu)勢。
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圖10提供了Si3P的概念理解，說明其三個(gè)主要組成部分。

應(yīng)用與實(shí)施
: J$ c2 I2 Z% _; h' S/ L這項(xiàng)技術(shù)在消費(fèi)電子到航空航天等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用�，F(xiàn)代智能手機(jī)就集成了多個(gè)協(xié)同工作的SiP系統(tǒng)。每個(gè)SiP可以處理特定功能，如感測、處理或通信，同時(shí)保持與其他系統(tǒng)組件的兼容性。
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# {% z+ v7 W+ i: vSiP設(shè)計(jì)需要仔細(xì)考慮應(yīng)用場景。例如，用于空間探索的SiP必須考慮輻射效應(yīng)和自主運(yùn)行能力，而用于智能手機(jī)的SiP則必須優(yōu)先考慮功率效率和緊湊形態(tài)。
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2 E: ?$ J) F" k! R, C* E/ [測試和調(diào)試是SiP開發(fā)中的重要部分，通常占用超過一半的開發(fā)時(shí)間。各種測試，包括功能、性能、機(jī)械強(qiáng)度、熱沖擊和可靠性測試，確保最終產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
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軟件在SiP功能中發(fā)揮著越來越重要的作用。硬件和軟件之間存在相互依存的關(guān)系：硬件提供物理平臺，軟件實(shí)現(xiàn)功能和智能。這包括基本操作的系統(tǒng)軟件、特定功能的應(yīng)用軟件和驗(yàn)證與調(diào)試的測試軟件。

; {) q& K# Y) k8 }, j5 L參考文獻(xiàn)
8 k+ O2 ^8 @4 ~) d" c[1] S. Li, "From SiP to Si3P," in MicroSystem Based on SiP Technology, S. Li, Ed. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2022, pp. 29-65.

END
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6 j' t1 t9 K7 o( |  e  d深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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