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国营785厂第一研究所军品部 候瑞田
前言
堆栈封装技术是微电子组装技术向着轻、薄、小发展的必然产物。堆栈封装包括封装内封装（PiP）、芯片级封装（SoC）、系统级封装（SiP）和封装级系统（SoP）等。而本文通过将SiP与SoP进行比较，重点论述美国Georgia Tech公司的封装实验中心（PRC）开发研制的SoP技术。SiP是SoP的子系统。SoP通过采用埋置的薄膜RF、光学数字和敏感组件的系统封装IC协同设计使单封装实现了多功能系统的目标，并使组件密度达到2,500/cm2以上。采用这种系统集成的新方法，不仅可以实现小型化，而且还降低了成本和提高了性能及系统的可靠性。
关键词：堆栈封装技术 系统级封装（SiP） 封装级系统（SoP）
SoP之概念
SoP概念绝不仅仅局限于把多块芯片放在封装内，就像IBM大约在20年前的陶瓷多芯片模块（MCM）那样，SoP问世之前，IBM的MCM是集成度最高的封装，使用铜线连接集成电路，但它不像SoP，没有嵌入薄膜组件，所以需要系统板。SoP也不同于单封装系统（SiP），SiP是大多数集成电路、封装和移动电话公司采用的另一种微型化技术。如果用SiP方法，裸露或者是封装的集成电路芯片通过三维排列方式相互堆栈。但SiP只能解决10%的系统问题，没有顾及体积庞大的无源组件这一问题。MCM或者SiP仍需接入到传统的系统板上。
封装的方法已从传统的分立组件的互连转变为薄膜组件集成。最初这种技术是在1993年由Georgia Tech公司开发出来的，现在这种技术在SiP模块中和在SoP板中的CMOS的IC上随意就能见到，其被作为一种覆盖层。封装级系统（SoP）是一种采用这种封装集成的系统理念，与SiP比较，就是模块化理念。SoP是一种系统中枢技术，这种技术是基于在有机板或封装中埋置薄膜组件，并与SiP模块、SoC器件和电池以及用户界面共同在短期内形成多功能系统和在长时间运行中的兆功能系统。其力图将各种不同的技术集成，使单封装实现多功能系统，同时，达到超小型的条件。这是与SiP的对比，这种比较是以IC为中心，并以CMOS芯片及其以裸芯片的形式或封装的芯片形式实施3D堆栈形成模块作为开始。因此，SiP是SoP的子系统。SoP通过采用埋置的薄膜RF、光学数字和敏感组件的系统封装IC协同设计实现这一目的，使组件密度达到2,500/cm2以上。
图1 下一代IT行业系统的PRC定律
像SoC、MCM和SiP这样可替代的方法是根据CMOS的系统功能和封装的布线而定的。在这些方法中封装的作用与过去采用的方法相同，即使IC或组件形成互连。CMOS适用于晶体管等元器性和其它一些VCO和LNA这样的组件，不过，对于像电容、电感、滤波器、天线和光学波导管这样的其它几类功能组件不是最佳的平台。SoP范例在克服SoC和SiP的基本限制中而又采取的一个步骤，并成为系统集成的一个新定律（见图1）。这一理念不仅可以实现小型化，而且还降低了成本和提高了性能及系统的可靠性。此外，可与即将问世的收敛计算、生物配伍、通讯和客户系统趋势保持一致。可将SoP描述为“封装就是系统，而不是笨重的板子。”需强调的是，应意识到这种高集成度的功能封装的几个障碍和竞争焦点。图2所示是Georgia Tech公司的封装实验中心（PRC）的研究重点，通过混合信号设计、多功能制造和RF集成、光学、数字和敏感组件、混合信号测试和混合的可靠性来说明这些障碍。
图2 在实现SoP过程中PRC的研究重点
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