系統(tǒng)級封裝(SiP)技術(shù)

逍遙設(shè)計自動化

Si3P框架簡介
系統(tǒng)級封裝(SiP)代表電子封裝技術(shù)的重大進步，將多個有源和無源元件組合在單個封裝中。本文通過Si3P框架探討SiP的基本概念和發(fā)展，包括集成、互連和智能三個方面[1]。

SiP概念可以通過Si3P更好地理解，將"i"擴展為三個關(guān)鍵要素：集成、互連和智能。
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圖1展示了SiP向Si3P的擴展，說明一個"i"如何轉(zhuǎn)變?yōu)榇�表集成、互連和智能的三個"i"。
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SiP的集成層次
SiP集成發(fā)生在三個不同層次：芯片級、印制電路板級和封裝級。每個層次都具有獨特的挑戰(zhàn)和系統(tǒng)開發(fā)機會。

) z# V- |( |+ i圖2展示了電子系統(tǒng)集成的三個層次，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)
. h" j+ S* C3 W( M1 o6 NSiP的互連包括三個主要領(lǐng)域：電磁(EM)、熱力和力學。對于電磁互連，信號完整性和傳輸路徑優(yōu)化尤為重要。
8 T1 p2 Y% o+ e5 a* G! i6 ?% g5 z/ [7 [+ X
4 i/ F! f$ G' I5 P5 u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。
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熱管理方案
SiP的熱管理需要仔細考慮熱傳遞路徑。熱結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線有助于分析散熱特性。
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6 t# i4 ?# E: O8 @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。

7 g, `3 D2 J8 f1 M4 |1 k- r對于高功率應用，可能需要特殊的散熱通道來有效管理熱量。

圖5說明了SiP設(shè)計中通過特殊散熱通道進行散熱的方式。

機械設(shè)計考慮
力學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。

: Q; y, z) L8 o8 ~0 R智能化與測試策略
, U/ Q- J- {6 N+ @6 O' I* cSiP的智能化包括系統(tǒng)功能、測試和軟件集成。
測試包括機器級和板級驗證。

  |3 }* m5 g" `9 l8 H. _2 y4 I圖7解釋了SiP器件的機器測試原理。

; ^4 Z% m6 s& c2 P: w9 Y0 A1 \歷史演進
電子集成的歷史發(fā)展顯示了SiP如何成為關(guān)鍵技術(shù)。
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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 x' K' L* B5 L1 W3 u概念框架與未來展望
( Q( i1 N0 C& g' a$ oSi3P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。

圖9總結(jié)了Si3P概念，顯示物理結(jié)構(gòu)、能量傳遞和功能應用之間的關(guān)系。
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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。在后摩爾定律時代，傳統(tǒng)縮放面臨物理限制時，這項技術(shù)顯示出特殊優(yōu)勢。
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3 M1 `# l4 q. u0 y" G7 p圖10提供了Si3P的概念理解，說明其三個主要組成部分。
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應用與實施
- E  @, ~$ }' w; n2 K  @這項技術(shù)在消費電子到航空航天等多個領(lǐng)域得到應用。現(xiàn)代智能手機就集成了多個協(xié)同工作的SiP系統(tǒng)。每個SiP可以處理特定功能，如感測、處理或通信，同時保持與其他系統(tǒng)組件的兼容性。
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SiP設(shè)計需要仔細考慮應用場景。例如，用于空間探索的SiP必須考慮輻射效應和自主運行能力，而用于智能手機的SiP則必須優(yōu)先考慮功率效率和緊湊形態(tài)。

5 U' a8 u! V  N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)時間。各種測試，包括功能、性能、機械強度、熱沖擊和可靠性測試，確保最終產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

; s+ h3 V+ v! D8 h7 }. S2 V0 [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、特定功能的應用軟件和驗證與調(diào)試的測試軟件。
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參考文獻
$ x( U( z1 |- a$ I[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.

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