Многокристальные решения значительно упрощают структуру печатной платы, устраняя проблемы как локальных, так и глобальных монтажных соединений.
Рост технологии System-in-Package (SiP) – это долго ожидаемое появление решений многокристальной упаковки, представляющих быстрорастущую область электронной индустрии. Что такое SiP? Чем эта технология отличается от технологий упаковки чипов, впервые появившихся несколько десятков лет тому назад? Каковы основные способы применения SiP и ее главные движущие механизмы?
Технологии MCM и MCP
Когда технология "многокристальный модуль" (MCM – Multi-Chip-Module) была впервые предложена, она предназначалась для высокочастотных устройств, ценность которых оправдывала стоимость разработки, сборки и тестирования. Такими устройствами были высокопроизводительные компьютеры, военная и авиационно-космическая техника.
Техника следующего поколения представляла собой переход к технологии упаковки нескольких кристаллов, известной как "многокристальная упаковка" (MCP – Multi-Chip-Package). Технология MCP стала недорогим решением, поскольку использовала существующие кристаллы и конструкции упаковки, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Наибольшее распространение технология MCP получила в производстве функциональных блоков, использовавшихся в таких устройствах, как факс-модемы. Несмотря на непрекращающиеся конференции и тысячи публикаций, использование технологии MCP оставалось за гранью массового производства. Такие проблемы, как отсутствие "заведомо исправных кристаллов" (KGD – Known Good Die) и способов тестирования, ограничивали выход технологии на крупный рынок. Для продуктов того времени кремниевая интегральная схема почти всегда оказывалась наиболее выгодным решением. Преимущества внедрения на подложку платы более одного кристалла многочисленны и неоспоримы. По сравнению с однокристальной упаковкой, использующей соединения через материал печатной платы, многокристальные решения обеспечивают лучшую производительность, благодаря более коротким межсоединениям. У них более низкие величины паразитных индуктивностей и емкостей, невысокие значения перекрестных помех и малое энергопотребление.
Многокристальные решения значительно упрощают структуру печатной платы, устраняя проблемы как локальных, так и глобальных монтажных соединений. Количество слоев, требуемых в печатной плате, определяется количеством электрических выводов, расстоянием между проводниками и контактами отдельных компонентов, числом компонентов на плате, а также размерами элементов, необходимых для обеспечения требуемой производительности и функциональной законченности размещаемой электронной схемы. Увеличение числа контактов входа-выхода и уменьшение шага между проводниками сокращают количество слоев платы. Печатные сквозные отверстия, используемые для соединения слоев, блокируют площадь под компонентом для других проводников. Глобальные монтажные соединения, создающие сигнальные тракты между компонентами, оказываются стесненными этим блокированием, и это приводит к увеличению слоев. Удаление компонентов с платы создает возможность монтажа большего количества проводников в корпусе, что приводит к сокращению сквозных отверстий и слоев печатной платы.
ПоЯвление SiP
Новое технологическое поколение упаковки чипов – System-in-Package (SiP) появилось недавно. Эта технология предлагает повышение функциональной завершенности и производительности размещаемой электронной схемы при малом формате печатной платы, приводя к значительному увеличению скорости передачи электромагнитных сигналов по сравнению с предыдущим технологическим поколением "многокристальный модуль" (MCM). Решения на основе SiP можно встретить во многих сегментах рынка, таких как бытовая электроника (цифровые камеры и видеокамеры), автомобильная электроника, военная и авиационно-космическая техника, медицина, компьютеры и средства телекоммуникации. Среднегодовой темп роста использования технологии SiP примерно равен 20%. В период с 2004 по 2009 годы разработчики и производители полупроводниковых устройств вместе с поставщиками материалов, сборочными фабриками, производителями печатных плат, компаниями-производителями услуг в области электроники (EMS) и системотехническими компаниями будут претерпевать значительные изменения, определяемые ростом применения технологии SiP.
Что такое SiP?
Технология System-in-Package обеспечивает упаковку электронных средств (ячеек, блоков) в виде законченной функциональной системы или подсистемы, смонтированной в один блок. Такое электронное средство обычно содержит 2 или более различных кристаллов, объединенных с другими компонентами, такими как пассивные элементы, фильтры, антенны и/или механические части. Эти компоненты объединяются, образуя высокоинтегрированный продукт, изготовленный на заказ и необходимый для определенного устройства. Продукты SiP могут использовать комбинацию передовых способов упаковки, включая способы для упаковки бескорпусных кристаллов (Bare Die) с термокомпрессионной микросваркой (Wire Bond) или присоединением перевернутого кристалла (Flip Chip), модульную многослойную упаковку (Wafer Level Package), а также использовать предварительную упаковку элементов с конфигурациями корпусов размерами с кристалл (CSP), наборную этажерку из микромодулей (Stacked Package) и/или бескорпусных кристаллов (Stacked Die). Технология SiP может (по определению) быть MCM или MCP, но обратное не обязательно верно. Сборка зависит от типа монтируемых компонентов и от того, должен ли в результате получиться функциональный блок.
Для обеспечения потребностей различных сегментов рынка разработано множество конструкций и конфигураций, использующих SiP-решения. Планарная конструкция на одном слое вмещает несколько элементов. Кристалл может быть непосредственно прикреплен к подложке (прямая компоновка чипа) или сначала упакован в конфигурацию "корпус размером с кристалл" (CSP).
В трехмерной модели кристалл расположен в направлении оси Z. Кристалл может быть расположен как внутри корпуса, так и снаружи (рис. 1). Разработано много различных конфигураций и методов межсоединений.
Существует 3 основных типа трехмерных конструкций упаковки, использующих технологию SiP. Вот они:
1. Конструкция Stacked Die состоит из нескольких кристаллов, соединенных с подложкой методом термокомпрессионной микросварки (Wire Bond), методом присоединения перевернутого кристалла (Flip Chip) или присоединением кристаллов к выводам ленточного носителя (TAB – Tape Automated Bonding). Набор кристаллов может содержать память и логику или только память. Между кристаллами одного размера могут использоваться прокладки. Если в схему включена логика, то система рассматривается как SiP-структура.
2. Конструкция Stacked Package, также называемая PoP (Package-on-Package) – это конструкция отдельно упакованного кристалла. Обычно это "корпус размером с кристалл" (CSP), который соединен с подложкой методом Wire Bond, Flip Chip или TAB. Набор кристаллов может содержать устройства памяти или комбинацию памяти и логики. Если в схему включена логика, система рассматривается как SiP- структура.
3. Конструкция Package-in-Package состоит из двух или более корпусов, объединенных вместе и смонтированных таким образом, что в конечном результате получается отдельный корпус, соединенный с платой.
Признание SiP
Оценив объем выпущенной продукции, можно увидеть, что технология SiP уже имеет гораздо большее признание, чем предшествующие технологии. Спрос на сотовые телефоны и другие портативные устройства, такие как цифровые фото- и видеокамеры, является двигателем потребности в увеличении функциональности и производительности в небольшом конструктивном формате. На рис. 2 показаны причины, влияющие на признание SiP, по данным компании Renesas.
Преимущества решений на основе применения технологии SiP заключаются в небольшом конструктивном формате, быстром обороте капиталовложений, в низких единовременных затратах на проектирование (в сравнении с однокристальной схемой разработки) и в возможности интеграции разнотипных технологий, например, цифровой и радиочастотной (RF).
Применение SiP
Для систем SiP нашлось множество применений во многих областях, включая бытовую электронику, например, в цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах и других беспроводных устройствах, а также в областях автомобильной, военной и авиационно-космической, медицинской, компьютерной и телекоммуникационной промышленности. Разнообразные структуры, отображенные в таблице 2, отражают индивидуальные потребности и движущие механизмы рынка готовой продукции.
Технология SiP успешно применяется в мобильных телефонах (при построении процессора обработки высокочастотных (RF) сигналов, элементов модулятора электромагнитных волн и приемопередатчика). Усилители мощности (PA) также считаются системами SiP. Тенденция к увеличению использования модулей для упаковки PA продолжается, движимая преимуществами малого конструктивного формата и требованиями снижения себестоимости. Большинство таких модулей имеют размер 4 мм x 4 мм. Модули PA включают в себя элементы антенного коммутатора, несколько фильтров, согласующих и настроечных элементов, и это является обычным делом.
Все увеличивающееся количество радиочастотных модулей разрабатывается как SiP-конструкции. Так, устройство SyChip содержит модуль, включающий в себя интегрированные пассивные элементы в подложке типа "тонкие пленки на кремне" (thin-film-on-silicon). Для обеспечения систем, готовых к эксплуатации конструкций типа "plug and play" для беспроводных локальных вычислительных сетей (WLAN – Wireless Local Area Network), применяется метод присоединения перевернутого кристалла (Flip Chip), когда элементы монтируются на модуль. Модуль, изготовленный подобным образом, обеспечивает формирование полной функциональной системы без потребности во внешних компонентах и без полной технологической проверки в радиочастотном (RF) диапазоне. У фирм Philips и STMicroelectronics также есть разработанные модули thin-film-on-silicon, включающие в подложку пассивные элементы, используемые во многих продуктах. Модули содержат элементы, смонтированные как способом Wire Bond, так и Flip Chip.
Радиочастотный модулятор для большинства современных сотовых телефонов также содержит SiP-структуры. Конфигурация сборки может быть разная: непосредственный монтаж кристаллов (Direct Die Stacking), конструкция отдельно упакованного кристалла (PoP – Package-on-Package), конструкция из двух или более корпусов, объединенных вместе (PiP – Package-in-Package или Stacked Module Package). Компания Intel использует структуру PoP с технологией Folded Flex для формирования конфигурации процессора и памяти. Компания Texas Instruments предлагает конфигурацию Digital Baseband и SRAM Stacked Die Package, применение которых можно найти во многих телефонах.
Производители цифровых видеокамер были в числе первых, кто принял новую технологию упаковки, и SiP-технология также не стала исключением. Движимые целью достижения маленьких размеров и небольшого веса, производители цифровых камер продолжают использование передовых способов упаковки, включая SiP-конфигурации. Компании Hitachi и Matsushita Electric Industrial объединенными усилиями разработали видеокамеру, использующую технологию SiP с конфигурацией Stacked Chips. Компания Sony интерпретирует свое SiP-решение как "упаковку для системной интеграции" (System Integrated Packaging). Ее модель DCR-IP220 содержит конструкцию Stacked Package с логикой и памятью 128M SDRAM в 240-контактной Array Package. Цифровая камера DSC-F77 Cyber-Shot также имеет системы SiP-структуры. Кроме этих решений, Sony предлагает структуры на основе PoP.
В плеерах типа MP3 все более широко используют SiP-структуры. Эти системы используют накопители на малых дисках. Такие накопители в будущем могут быть использованы и в сотовых телефонах.
Технология SiP используется в компьютерных и телекоммуникационных системах. Высокопроизводительные и средние по мощности компьютеры от фирм IBM и Hitachi, а также UNIX-серверы продолжают использовать технологию "многокристальный модуль" (MCM – Multi-Chip-Module). Конструкции Stacked Package и технология SiP могут быть найдены в серверах с большим вычислительным ресурсом. Высокопроизводительные системы обычно используют бескорпусный перевернутый чип, смонтированный на сложной подложке, имеющей высокую плотность размещения, а некоторые конфигурации имеют бескорпусный чип, окруженный элементами памяти (packaged memory). Графические модули все больше используют процессор, построенный на бескорпусных чипах, окруженных элементами памяти. Компания Cisco планирует использовать технологию SiP в будущих сетевых системах. Такое построение позволит сократить количество слоев системной платы и уменьшит общие расходы.
Использование технологии SiP встречается и в медицинской электронике (в таких устройствах, как "умные" пилюли и имплантируемые в тело человека приборы), а также в приборах автомобильной, оборонной и авиационно-космической промышленности. Поскольку эти устройства выпускаются в малых количествах, они достаточно дороги. Новые модули для цифровых видеокамер будут содержать SiP-структуры. В осветительной аппаратуре на основе светодиодов, в домашней электронике и в других системах также предполагается в будущем использование технологии SiP.
Ключевые вопросы технологии SiP
Технология CSP (корпус с размерами кристалла) была одной из основных, определивших появление SiP. Возможность упаковки кристалла в размер, близкий к его площади, вместе с развитием техники крепления создала альтернативу решениям MCM и MCP. Однако эта новая технология принесла и новые заботы, включая вопросы перевозок и снабжения, инженерные вопросы, необходимость уменьшения толщины кремниевых пластин и изменения в процессе сборки. Работа с тонкими кристаллами может затруднить работу сборщиков, которым приходится бережно обращаться с элементами в процессе сборки. Использование бескорпусного кристалла продолжает создавать проблемы. Вопрос необходимости поставок "заведомо исправных кристаллов" (KGD) является одной из причин развития конфигураций PoP и PiP.
Технология SiP обеспечивает совмещение двух этапов упаковки: упаковки чипа и монтажа корпуса на плату. Большинство вопросов, возникающих в промышленности, связаны с процессами изготовления печатных плат и с поставками услуг в области электроники (EMS). Структуры SiP определяют новые задачи, касающиеся разработки плат. Модели и алгоритмы, разработанные для однокристальных решений, не могут быть применены для решения вопросов обеспечения электрических, температурных и механических параметров, соответствующих многокристальным конструкциям. Некоторые препятствия создают и новые методы тестирования сложных структур. Технологические решения SiP, требующие работы как с упакованными, так и с бескорпусными кристаллами, поставляемыми различными производителями, создают новые задачи, которые должны быть решены компаниями-поставщиками услуг в области электроники (EMS).
Выводы
Технология SiP – это возрождение идей, используемых нами уже много лет, сначала в технологии "многокристального модуля" (MCM), а затем в технологии "многокристальной упаковки" (MCP). Развитие технологии процесса сборки и новые механизмы развития рынка привели к возобновлению интереса к созданию новой технологии разработки печатных плат. Первоначальные решения, которые были направлены на эволюцию существовавших технологий, не встретили интереса. Но нельзя игнорировать роль ранее существовавших технологических способов упаковки электронных элементов из-за множества очевидных преимуществ и одновременно присущих им недостатков. Концепция SiP уже развилась до возможности включения в себя существовавших технологических способов, предлагая возможности построения высокоинтегрированных функциональных блоков. SiP является одним из наиболее быстро развивающихся технологических решений упаковки, и её принятие создает новые возможности для рынка и для всей цепочки поставок.
Технология SiP меняет уже сложившиеся способы упаковки. Конструктивные решения должны рассматриваться на стадии планирования системного проектирования как неотъемлемая часть общей стратегии. Для того чтобы этого достичь, необходимо изменить процессы системного проектирования. Электронная промышленность перешла в область, где опыт разработки децентрализован и разбросан по нескольким компаниям. Крайне необходимо, чтобы системные разработчики, дизайнеры интегральных схем, устройств ввода/вывода (I/O), конструкторы упаковки, технологи-разработчики печатных плат и заводы-производители продукции могли работать как можно сплоченнее. Фактически необходима интеграция всего процесса разработки и поставок продукции.
Отчет компании TechSearch International – "System-in-Package, The New Wave in 3D Packaging" размером 142 страницы, можно увидеть, посетив сайт www.techsearchinc.com.
Яна Вардаман является президентом TechSearch International, Inc. (Остин, Техас).
Карен Карпентер работает с TechSearch International и является президентом CMTC Associates, компании, оказывающей консалтинговые услуги по маркетингу и технологиям.
Технологии MCM и MCP
Когда технология "многокристальный модуль" (MCM – Multi-Chip-Module) была впервые предложена, она предназначалась для высокочастотных устройств, ценность которых оправдывала стоимость разработки, сборки и тестирования. Такими устройствами были высокопроизводительные компьютеры, военная и авиационно-космическая техника.
Техника следующего поколения представляла собой переход к технологии упаковки нескольких кристаллов, известной как "многокристальная упаковка" (MCP – Multi-Chip-Package). Технология MCP стала недорогим решением, поскольку использовала существующие кристаллы и конструкции упаковки, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Наибольшее распространение технология MCP получила в производстве функциональных блоков, использовавшихся в таких устройствах, как факс-модемы. Несмотря на непрекращающиеся конференции и тысячи публикаций, использование технологии MCP оставалось за гранью массового производства. Такие проблемы, как отсутствие "заведомо исправных кристаллов" (KGD – Known Good Die) и способов тестирования, ограничивали выход технологии на крупный рынок. Для продуктов того времени кремниевая интегральная схема почти всегда оказывалась наиболее выгодным решением. Преимущества внедрения на подложку платы более одного кристалла многочисленны и неоспоримы. По сравнению с однокристальной упаковкой, использующей соединения через материал печатной платы, многокристальные решения обеспечивают лучшую производительность, благодаря более коротким межсоединениям. У них более низкие величины паразитных индуктивностей и емкостей, невысокие значения перекрестных помех и малое энергопотребление.
Многокристальные решения значительно упрощают структуру печатной платы, устраняя проблемы как локальных, так и глобальных монтажных соединений. Количество слоев, требуемых в печатной плате, определяется количеством электрических выводов, расстоянием между проводниками и контактами отдельных компонентов, числом компонентов на плате, а также размерами элементов, необходимых для обеспечения требуемой производительности и функциональной законченности размещаемой электронной схемы. Увеличение числа контактов входа-выхода и уменьшение шага между проводниками сокращают количество слоев платы. Печатные сквозные отверстия, используемые для соединения слоев, блокируют площадь под компонентом для других проводников. Глобальные монтажные соединения, создающие сигнальные тракты между компонентами, оказываются стесненными этим блокированием, и это приводит к увеличению слоев. Удаление компонентов с платы создает возможность монтажа большего количества проводников в корпусе, что приводит к сокращению сквозных отверстий и слоев печатной платы.
ПоЯвление SiP
Новое технологическое поколение упаковки чипов – System-in-Package (SiP) появилось недавно. Эта технология предлагает повышение функциональной завершенности и производительности размещаемой электронной схемы при малом формате печатной платы, приводя к значительному увеличению скорости передачи электромагнитных сигналов по сравнению с предыдущим технологическим поколением "многокристальный модуль" (MCM). Решения на основе SiP можно встретить во многих сегментах рынка, таких как бытовая электроника (цифровые камеры и видеокамеры), автомобильная электроника, военная и авиационно-космическая техника, медицина, компьютеры и средства телекоммуникации. Среднегодовой темп роста использования технологии SiP примерно равен 20%. В период с 2004 по 2009 годы разработчики и производители полупроводниковых устройств вместе с поставщиками материалов, сборочными фабриками, производителями печатных плат, компаниями-производителями услуг в области электроники (EMS) и системотехническими компаниями будут претерпевать значительные изменения, определяемые ростом применения технологии SiP.
Что такое SiP?
Технология System-in-Package обеспечивает упаковку электронных средств (ячеек, блоков) в виде законченной функциональной системы или подсистемы, смонтированной в один блок. Такое электронное средство обычно содержит 2 или более различных кристаллов, объединенных с другими компонентами, такими как пассивные элементы, фильтры, антенны и/или механические части. Эти компоненты объединяются, образуя высокоинтегрированный продукт, изготовленный на заказ и необходимый для определенного устройства. Продукты SiP могут использовать комбинацию передовых способов упаковки, включая способы для упаковки бескорпусных кристаллов (Bare Die) с термокомпрессионной микросваркой (Wire Bond) или присоединением перевернутого кристалла (Flip Chip), модульную многослойную упаковку (Wafer Level Package), а также использовать предварительную упаковку элементов с конфигурациями корпусов размерами с кристалл (CSP), наборную этажерку из микромодулей (Stacked Package) и/или бескорпусных кристаллов (Stacked Die). Технология SiP может (по определению) быть MCM или MCP, но обратное не обязательно верно. Сборка зависит от типа монтируемых компонентов и от того, должен ли в результате получиться функциональный блок.
Для обеспечения потребностей различных сегментов рынка разработано множество конструкций и конфигураций, использующих SiP-решения. Планарная конструкция на одном слое вмещает несколько элементов. Кристалл может быть непосредственно прикреплен к подложке (прямая компоновка чипа) или сначала упакован в конфигурацию "корпус размером с кристалл" (CSP).
В трехмерной модели кристалл расположен в направлении оси Z. Кристалл может быть расположен как внутри корпуса, так и снаружи (рис. 1). Разработано много различных конфигураций и методов межсоединений.
Существует 3 основных типа трехмерных конструкций упаковки, использующих технологию SiP. Вот они:
1. Конструкция Stacked Die состоит из нескольких кристаллов, соединенных с подложкой методом термокомпрессионной микросварки (Wire Bond), методом присоединения перевернутого кристалла (Flip Chip) или присоединением кристаллов к выводам ленточного носителя (TAB – Tape Automated Bonding). Набор кристаллов может содержать память и логику или только память. Между кристаллами одного размера могут использоваться прокладки. Если в схему включена логика, то система рассматривается как SiP-структура.
2. Конструкция Stacked Package, также называемая PoP (Package-on-Package) – это конструкция отдельно упакованного кристалла. Обычно это "корпус размером с кристалл" (CSP), который соединен с подложкой методом Wire Bond, Flip Chip или TAB. Набор кристаллов может содержать устройства памяти или комбинацию памяти и логики. Если в схему включена логика, система рассматривается как SiP- структура.
3. Конструкция Package-in-Package состоит из двух или более корпусов, объединенных вместе и смонтированных таким образом, что в конечном результате получается отдельный корпус, соединенный с платой.
Признание SiP
Оценив объем выпущенной продукции, можно увидеть, что технология SiP уже имеет гораздо большее признание, чем предшествующие технологии. Спрос на сотовые телефоны и другие портативные устройства, такие как цифровые фото- и видеокамеры, является двигателем потребности в увеличении функциональности и производительности в небольшом конструктивном формате. На рис. 2 показаны причины, влияющие на признание SiP, по данным компании Renesas.
Преимущества решений на основе применения технологии SiP заключаются в небольшом конструктивном формате, быстром обороте капиталовложений, в низких единовременных затратах на проектирование (в сравнении с однокристальной схемой разработки) и в возможности интеграции разнотипных технологий, например, цифровой и радиочастотной (RF).
Применение SiP
Для систем SiP нашлось множество применений во многих областях, включая бытовую электронику, например, в цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах и других беспроводных устройствах, а также в областях автомобильной, военной и авиационно-космической, медицинской, компьютерной и телекоммуникационной промышленности. Разнообразные структуры, отображенные в таблице 2, отражают индивидуальные потребности и движущие механизмы рынка готовой продукции.
Технология SiP успешно применяется в мобильных телефонах (при построении процессора обработки высокочастотных (RF) сигналов, элементов модулятора электромагнитных волн и приемопередатчика). Усилители мощности (PA) также считаются системами SiP. Тенденция к увеличению использования модулей для упаковки PA продолжается, движимая преимуществами малого конструктивного формата и требованиями снижения себестоимости. Большинство таких модулей имеют размер 4 мм x 4 мм. Модули PA включают в себя элементы антенного коммутатора, несколько фильтров, согласующих и настроечных элементов, и это является обычным делом.
Все увеличивающееся количество радиочастотных модулей разрабатывается как SiP-конструкции. Так, устройство SyChip содержит модуль, включающий в себя интегрированные пассивные элементы в подложке типа "тонкие пленки на кремне" (thin-film-on-silicon). Для обеспечения систем, готовых к эксплуатации конструкций типа "plug and play" для беспроводных локальных вычислительных сетей (WLAN – Wireless Local Area Network), применяется метод присоединения перевернутого кристалла (Flip Chip), когда элементы монтируются на модуль. Модуль, изготовленный подобным образом, обеспечивает формирование полной функциональной системы без потребности во внешних компонентах и без полной технологической проверки в радиочастотном (RF) диапазоне. У фирм Philips и STMicroelectronics также есть разработанные модули thin-film-on-silicon, включающие в подложку пассивные элементы, используемые во многих продуктах. Модули содержат элементы, смонтированные как способом Wire Bond, так и Flip Chip.
Радиочастотный модулятор для большинства современных сотовых телефонов также содержит SiP-структуры. Конфигурация сборки может быть разная: непосредственный монтаж кристаллов (Direct Die Stacking), конструкция отдельно упакованного кристалла (PoP – Package-on-Package), конструкция из двух или более корпусов, объединенных вместе (PiP – Package-in-Package или Stacked Module Package). Компания Intel использует структуру PoP с технологией Folded Flex для формирования конфигурации процессора и памяти. Компания Texas Instruments предлагает конфигурацию Digital Baseband и SRAM Stacked Die Package, применение которых можно найти во многих телефонах.
Производители цифровых видеокамер были в числе первых, кто принял новую технологию упаковки, и SiP-технология также не стала исключением. Движимые целью достижения маленьких размеров и небольшого веса, производители цифровых камер продолжают использование передовых способов упаковки, включая SiP-конфигурации. Компании Hitachi и Matsushita Electric Industrial объединенными усилиями разработали видеокамеру, использующую технологию SiP с конфигурацией Stacked Chips. Компания Sony интерпретирует свое SiP-решение как "упаковку для системной интеграции" (System Integrated Packaging). Ее модель DCR-IP220 содержит конструкцию Stacked Package с логикой и памятью 128M SDRAM в 240-контактной Array Package. Цифровая камера DSC-F77 Cyber-Shot также имеет системы SiP-структуры. Кроме этих решений, Sony предлагает структуры на основе PoP.
В плеерах типа MP3 все более широко используют SiP-структуры. Эти системы используют накопители на малых дисках. Такие накопители в будущем могут быть использованы и в сотовых телефонах.
Технология SiP используется в компьютерных и телекоммуникационных системах. Высокопроизводительные и средние по мощности компьютеры от фирм IBM и Hitachi, а также UNIX-серверы продолжают использовать технологию "многокристальный модуль" (MCM – Multi-Chip-Module). Конструкции Stacked Package и технология SiP могут быть найдены в серверах с большим вычислительным ресурсом. Высокопроизводительные системы обычно используют бескорпусный перевернутый чип, смонтированный на сложной подложке, имеющей высокую плотность размещения, а некоторые конфигурации имеют бескорпусный чип, окруженный элементами памяти (packaged memory). Графические модули все больше используют процессор, построенный на бескорпусных чипах, окруженных элементами памяти. Компания Cisco планирует использовать технологию SiP в будущих сетевых системах. Такое построение позволит сократить количество слоев системной платы и уменьшит общие расходы.
Использование технологии SiP встречается и в медицинской электронике (в таких устройствах, как "умные" пилюли и имплантируемые в тело человека приборы), а также в приборах автомобильной, оборонной и авиационно-космической промышленности. Поскольку эти устройства выпускаются в малых количествах, они достаточно дороги. Новые модули для цифровых видеокамер будут содержать SiP-структуры. В осветительной аппаратуре на основе светодиодов, в домашней электронике и в других системах также предполагается в будущем использование технологии SiP.
Ключевые вопросы технологии SiP
Технология CSP (корпус с размерами кристалла) была одной из основных, определивших появление SiP. Возможность упаковки кристалла в размер, близкий к его площади, вместе с развитием техники крепления создала альтернативу решениям MCM и MCP. Однако эта новая технология принесла и новые заботы, включая вопросы перевозок и снабжения, инженерные вопросы, необходимость уменьшения толщины кремниевых пластин и изменения в процессе сборки. Работа с тонкими кристаллами может затруднить работу сборщиков, которым приходится бережно обращаться с элементами в процессе сборки. Использование бескорпусного кристалла продолжает создавать проблемы. Вопрос необходимости поставок "заведомо исправных кристаллов" (KGD) является одной из причин развития конфигураций PoP и PiP.
Технология SiP обеспечивает совмещение двух этапов упаковки: упаковки чипа и монтажа корпуса на плату. Большинство вопросов, возникающих в промышленности, связаны с процессами изготовления печатных плат и с поставками услуг в области электроники (EMS). Структуры SiP определяют новые задачи, касающиеся разработки плат. Модели и алгоритмы, разработанные для однокристальных решений, не могут быть применены для решения вопросов обеспечения электрических, температурных и механических параметров, соответствующих многокристальным конструкциям. Некоторые препятствия создают и новые методы тестирования сложных структур. Технологические решения SiP, требующие работы как с упакованными, так и с бескорпусными кристаллами, поставляемыми различными производителями, создают новые задачи, которые должны быть решены компаниями-поставщиками услуг в области электроники (EMS).
Выводы
Технология SiP – это возрождение идей, используемых нами уже много лет, сначала в технологии "многокристального модуля" (MCM), а затем в технологии "многокристальной упаковки" (MCP). Развитие технологии процесса сборки и новые механизмы развития рынка привели к возобновлению интереса к созданию новой технологии разработки печатных плат. Первоначальные решения, которые были направлены на эволюцию существовавших технологий, не встретили интереса. Но нельзя игнорировать роль ранее существовавших технологических способов упаковки электронных элементов из-за множества очевидных преимуществ и одновременно присущих им недостатков. Концепция SiP уже развилась до возможности включения в себя существовавших технологических способов, предлагая возможности построения высокоинтегрированных функциональных блоков. SiP является одним из наиболее быстро развивающихся технологических решений упаковки, и её принятие создает новые возможности для рынка и для всей цепочки поставок.
Технология SiP меняет уже сложившиеся способы упаковки. Конструктивные решения должны рассматриваться на стадии планирования системного проектирования как неотъемлемая часть общей стратегии. Для того чтобы этого достичь, необходимо изменить процессы системного проектирования. Электронная промышленность перешла в область, где опыт разработки децентрализован и разбросан по нескольким компаниям. Крайне необходимо, чтобы системные разработчики, дизайнеры интегральных схем, устройств ввода/вывода (I/O), конструкторы упаковки, технологи-разработчики печатных плат и заводы-производители продукции могли работать как можно сплоченнее. Фактически необходима интеграция всего процесса разработки и поставок продукции.
Отчет компании TechSearch International – "System-in-Package, The New Wave in 3D Packaging" размером 142 страницы, можно увидеть, посетив сайт www.techsearchinc.com.
Яна Вардаман является президентом TechSearch International, Inc. (Остин, Техас).
Карен Карпентер работает с TechSearch International и является президентом CMTC Associates, компании, оказывающей консалтинговые услуги по маркетингу и технологиям.
Отзывы читателей
