双面 SiP 模型与SiP 在5G器件中的应用趋势介绍

双面 SiP 模型与SiP 在5G器件中的应用趋势介绍

在这里首先要搞清楚 SiP 在封装中的层次从微系统的集成方式上来看,微系统的实现方式主要有SoC、SiP 以及封装系统(System of Package,SoP)SoC 是基于单片的集成,Si 是基于多芯片的封装集成,而 SoP 则是基于封装的系统集成.三者的层次是由低到高的,也就是说,在 SiP 中可以出现 SOC 集成的芯片,在 SoP 中也会包含多个 SiP 器件我们可以认为,SiP 是处在芯片与整机系统间的功能器件的封装SiP 是将多个具有不同功能的有源电子器件和可以选择的无源器件,以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他的器件,组装为可以提供多种功能的单个标准封装器件,形成一个系统或者子系统.siP 的封装特征与 5G 毫米波器件封装的要求十分相符.现在所说的 SiP 技术是在 2000 年左右出现的各种 SiP尤其是射频部分.在移动领域被广泛应用.2.5D/3D 形式的 SiP 封装被认为是未来发展的重点方向,因为这是后摩尔时代突破摩尔定律下器件尺寸的一个重要突破口.

二、双面SiP

在5G低于6GHz器件封装的方案中较先进的双面SiP 获得运用与普通单面SiP 相比双面SiP 可以进一步提高系统的集成度,减小封装尺寸,并提高系统性能.双面 SiP 是一种热封装解决方案,采用了双面 SMT 和双面成型来缩小整个模块的尺寸.双面SiP 简化了 PKG I/O 计数提高了电源效率减小了噪声排放.从电集成的角度来看,双面 SiP 由于较短的信号传输路径可以获得比其他并排倒装芯片 SiP 结构更好的电性能:从热性能来看,高热解决方案可提高24%~38%双面SiP 模块可以为 5G封装提供一种先进的解决方案,以解决 5G 器件的性能、可靠性、尺寸和成本的需求。

双面 SiP 模型与单面模型相比,可以允许在一个小的模型上面出现更多模块,其固然增大了封装空间的利用率,但是由于散热路径的重叠,其散热性能是不得忽视的一个问题.针对双面 SiP 结构的散热问题,Chen 等人使用红外相机和热电偶分析与比较了单/双面 SiP 模块的热性能.为了改善双面 SiP 的散热,该团队设计了以下几个措施:(1) 单面封装用焊球连接 PCB,而双面封装用铜球连接,由于铜的导热系数高于焊料,因此,它可以帮助快速传热;(2) 暴露模具,即高温不应包裹在聚合物材料中,且把填充物(Underfill)放在模块和 PCB 之间的间隙中;(3)另一个重要的改进是 PCB 设计的替代.增加 PCB 上的散热孔和散热路径,增加 PCB 的铜含量如此以来,经改进后的双面 SiP 散热得到了改善,且接近于单面 SiP此外,他们建立的利用模拟的方法进行了相同的测试图 2 为该团队建立的单面 SiP 和双面  SiP的模型模拟结果与试验结果最大误差在 8.4% 以内,且模拟结果表明.当基板增加了更多的铜后,热性能大大改善并且在模块与PCB间填充Underfi11后模块与基板间形成了流畅的热路径。

三、SiP 在5G器件中的应用趋势

5G 技术的发展,会将电子产业带人一个新的领域.由于 5G 技术的先进性,将会使电子产品的性能获得极大的提升.与此同时,人们也需要在这之中获得便利,即这些电子产品要具有较高的便携性.以手机为例,从最早的智能手机时代开始,每次发售的新手机都引人了一些新的功能,比如双卡双待、指纹识别多摄像头、移动支付、人脸识别等新功能,这些都增加了手机的耗电量.但是以现有的技术,大幅度增加钾电池的电量密度是难以实现的.这就要求系统级封装和模组化技术的发展.以此来实现手机的外观轻薄和减小功耗.SiP从封装和组装为切入点以高精度的表面贴装技术(Surface Mounted Technology,SMT) 和先进封装技术,将若干裸芯片和微型的无源器件进行高度的集成化,并成为微型化的高性能组件，成熟运用 SiP 技术可以加快 5G 技术的研发过程.也可以极大程度上简化电子产品的制造流程.为人们的生活带来更多便利.

未来满足 5G 器件的功能性、小型化、可靠性以及成本效益要求根据 Inan Ndip 等人的总结SiP的架构以及封装材料和互连必须满足以下要求.

(1) 性能需求.如电磁兼容性、信号完整性、电源完整性、高增益的天线阵列、高品质因数的无源器件.

(2)可靠性要求5G 器件的 SiP 结构必须充分考虑到散热性能以及热稳定性,并且要尽可能杜绝正常使用过程中的热机械可靠性问题.

(3)小型化要求SiP 必须能够使未来的 5G 器件小型化,从而能够达到随时集成到其他组件/模块上的目的.

(4) 成本要求.在满足使用要求的前提下,SiP 应该尽可能降低成本.

对于上述几个问题,除了从封装材料以及组装方法上着手,从工艺和结构上进行考虑也是必要的.例如,在工艺上可以利用面板级封装工艺制作 SiP,同时制作数百个 5G 模块,分摊成本从结构方面考虑,为了满足 5G 器件小型化要求以及高性能的要求就必须使SiP 脱离传统的二维层面,逐渐向着2.5D SiP,特别是 3D SiP 的方向进发此外较为先进的双面 SiP也在 5G 及之后的高频毫米波器件的封装中得到了用武之地,双面SiP 不需要使用中介层(interposer)来实现 SiP,从而能够在保证小型化和提高集成度的同时降低成本.

四、SiP芯片封装清洗：

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用 水基清洗剂产品。