对于一个新的SiP产品或者项目,设计师首先需要了解的就是采用什么样的工艺和材料来实现SiP产品,不同的选择会带来哪些不同,成本、周期有多大的区别?

SiP系统级封装产品按工艺或材料通常主要分为:塑料封装SiP、陶瓷封装SiP和金属封装SiP三种类型,参看图1。

如何选择系统级封装产品工艺和材料

图1 三种不同工艺材料的SiP封装类型

每种类型的 SiP产品都有其特点和优势,需要设计师根据项目的用途、项目周期、项目经费情况进行合理选择。

2.1   塑料封装SiP

塑料封装SiP通常称为塑封SiP,主要应用于商业级产品,具有低成本优势,但在芯片散热、稳定性、气密性方面相对较差。其特点主要总结如下:

  1. 密封性稍差,无法阻挡湿气和腐蚀性气体对芯片的腐蚀;
  2. 不容易拆解,模封灌胶后,几乎无法打开,否则损坏芯片;
  3. 散热性能较差,因为有机基板和模封胶的传热系数低;
  4. 工作温度范围小,一般温度范围为0℃~+70℃,工业级的是-40℃~+85℃;
  5. 生产周期短,一般生产周期2~3个月;
  6. 价格便宜,成本低廉,一次打样需要人民币10万元左右;
  7. 适合大批生产,在商业领域得到广泛的应用。

塑料封装SiP一般采用有机基板对芯片进行互联和承载,然后通过模封灌胶的方式对芯片进行加固和密封,其结构如图2所示。

如何选择系统级封装产品工艺和材料

图2 塑封SiP的结构

2.2   陶瓷封装SiP

陶瓷封装SiP多用于工业级产品、军品以及航空航天、军工等领域,其散热优良,气密性好、可靠性高。同时,陶瓷具有可拆解的优势,便于故障查找和问题“归零”。其特点主要总结如下:

  1. 密封性好,可以做到气密性,阻挡湿气和腐蚀性气体;
  2. 散热性能好,陶瓷基板外壳的热传导系数比较大,利于芯片散热;
  3. 对极限温度的抵抗性好,陶瓷封装工作温度可达到军品要求-55℃~+150℃;
  4. 容易拆解,便于问题分析,陶瓷封装体内部芯片都处于真空裸露状态;
  5. 体积小,适合大规模复杂芯片,主要相对与金属封装而言;
  6. 生产周期长,一般生产周期6~8个月;
  7. 价格高,一次打样需要人民币40~100万元左右;
  8.  适合军品和航空航天应用,目前在全球军工和航空航天领域应用普遍。

陶瓷封装SiP一般采用HTCC陶瓷基板对芯片进行互联和承载,其外壳和基板通常为一体,结构多采用腔体结构,用可伐合金焊接密封,其结构如图3所示。

如何选择系统级封装产品工艺和材料

图3 陶瓷封装SiP的结构

2.3   金属封装SiP

金属封装SiP和陶瓷封装SiP类似,多用于工业级产品、军品以及航空航天、军工等领域,其气密性好、可靠性高,散热优良。金属封装也可拆解,便于故障查找和问题“归零”。其特点主要总结如下:

  1. 金属封装密封性好,可以做到气密性,阻挡湿气和腐蚀性气体;
  2. 散热性能好,对极限温度的抵抗性好;
  3. 容易拆解,开盖后即可直接看到内部裸芯片;
  4. 体积较大,扇出引脚较少,不太适合复杂芯片;
  5. 通常用在MCM领域,射频微波,模拟SiP领域应用较多;
  6. 生产周期较长,一般生产周期4~6个月;
  7.  价格较高,一次打样需要人民币30~80万元左右;
  8. 适合军品和航空航天应用。

金属封装SiP一般采用LTCC、厚膜或者薄膜陶瓷基板对芯片进行互联和承载,其基板和外壳独立进行设计和加工,基板采用粘结法固定到金属外壳上,电气上采用Bond Wire和外部引脚连接,其结构如图4所示。

如何选择系统级封装产品工艺和材料

图4 金属封装SiP的结构

看了上面的描述,设计者结合项目的实际情况,就能确定选择什么样的工艺和材料来完成自己的SiP项目和产品了。

文章节选自《SIP系统封装设计与仿真》,RFIC封装攻城狮之家公众号

原文始发于微信公众号(艾邦半导体网):如何选择系统级封装产品工艺和材料

作者 li, meiyong

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