設計師如何選擇SiP產品工藝和材料？

        對于一個新的SiP產品或者項目，設計師首先需要了解的就是采用什么樣的工藝和材料來實現SiP產品，不同的選擇會帶來哪些不同，成本、周期有多大的區別？這是我在和用戶接觸的時候，發現用戶最需要了解的，下面就在此文中進行闡述。

        SiP系統級封裝產品按工藝或材料通常主要分為：塑料封裝SiP、陶瓷封裝SiP和金屬封裝SiP三種類型，參看圖1。

圖1 三種不同工藝材料的SiP封裝類型

        每種類型的 SiP產品都有其特點和優勢，需要設計師根據項目的用途、項目周期、項目經費情況進行合理選擇。

-------------- 塑料封裝SiP --------------

        塑料封裝SiP通常稱為塑封SiP，主要應用于商業級產品，具有低成本優勢，但在芯片散熱、穩定性、氣密性方面相對較差。其特點主要總結如下：

• 密封性稍差，無法阻擋濕氣和腐蝕性氣體對芯片的腐蝕；

• 不容易拆解，模封灌膠后，幾乎無法打開，否則損壞芯片；

• 散熱性能較差，因為有機基板和模封膠的傳熱系數低；

• 工作溫度范圍小，一般溫度范圍為0℃~+70℃，工業級的是-40℃~+85℃；

• 生產周期短，一般生產周期2~3個月；

• 價格便宜，成本低廉，一次打樣需要人民幣10萬元左右；

• 適合大批生產，在商業領域得到廣泛的應用。

        塑料封裝SiP一般采用有機基板對芯片進行互聯和承載，然后通過模封灌膠的方式對芯片進行加固和密封，其結構如圖2所示。

圖2 塑封SiP的結構

------------- 陶瓷封裝SiP ------------

        陶瓷封裝SiP多用于工業級產品、軍品以及航空航天、軍工等領域，其散熱優良，氣密性好、可靠性高。同時，陶瓷具有可拆解的優勢，便于故障查找和問題“歸零”。其特點主要總結如下：

• 密封性好，可以做到氣密性，阻擋濕氣和腐蝕性氣體；

• 散熱性能好，陶瓷基板外殼的熱傳導系數比較大，利于芯片散熱；

• 對極限溫度的抵抗性好，陶瓷封裝工作溫度可達到軍品要求-55℃~+150℃；

• 容易拆解，便于問題分析，陶瓷封裝體內部芯片都處于真空裸露狀態；

• 體積小，適合大規模復雜芯片，主要相對與金屬封裝而言；

• 生產周期長，一般生產周期6~8個月；

• 價格高，一次打樣需要人民幣40~100萬元左右；

• 適合軍品和航空航天應用，目前在全球軍工和航空航天領域應用普遍。        

        陶瓷封裝SiP一般采用HTCC陶瓷基板對芯片進行互聯和承載，其外殼和基板通常為一體，結構多采用腔體結構，用可伐合金焊接密封，其結構如圖3所示。

圖3 陶瓷封裝SiP的結構

------------ 金屬封裝SiP -------------

        金屬封裝SiP和陶瓷封裝SiP類似，多用于工業級產品、軍品以及航空航天、軍工等領域，其氣密性好、可靠性高，散熱優良。金屬封裝也可拆解，便于故障查找和問題“歸零”。其特點主要總結如下：

• 金屬封裝密封性好，可以做到氣密性，阻擋濕氣和腐蝕性氣體；

• 散熱性能好，對極限溫度的抵抗性好；

• 容易拆解，開蓋后即可直接看到內部裸芯片；

• 體積較大，扇出引腳較少，不太適合復雜芯片；

• 通常用在MCM領域，射頻微波，模擬SiP領域應用較多；

• 生產周期較長，一般生產周期4~6個月；

• 價格較高，一次打樣需要人民幣30~80萬元左右；

• 適合軍品和航空航天應用。

        金屬封裝SiP一般采用LTCC、厚膜或者薄膜陶瓷基板對芯片進行互聯和承載，其基板和外殼獨立進行設計和加工，基板采用粘結法固定到金屬外殼上，電氣上采用Bond Wire和外部引腳連接，其結構如圖4所示。

圖4 金屬封裝SiP的結構

        看了上面的描述，設計者結合項目的實際情況，就能確定選擇什么樣的工藝和材料來完成自己的SiP項目和產品了。

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原文始發于微信公眾號（SiP與先進封裝技術）：設計師如何選擇SiP產品工藝和材料？