系统级封装(SiP)技术

逍遥设计自动化

Si3P框架简介
系统级封装(SiP)代表电子封装技术的重大进步，将多个有源和无源元件组合在单个封装中。本文通过Si3P框架探讨SiP的基本概念和发展，包括集成、互连和智能三个方面[1]。
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1 \8 Q( M& L- Q2 c, R4 jSiP概念可以通过Si3P更好地理解，将"i"扩展为三个关键要素：集成、互连和智能。
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图1展示了SiP向Si3P的扩展，说明一个"i"如何转变为代表集成、互连和智能的三个"i"。

3 B, e- v& E$ k$ g* \1 n7 vSiP的集成层次
* |( n, ]/ x/ ]# I7 D, Z# e: K0 ^SiP集成发生在三个不同层次：芯片级、印制电路板级和封装级。每个层次都具有独特的挑战和系统开发机会。

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% }+ `- ~1 S3 E! u2 z, z% b图2展示了电子系统集成的三个层次，显示了从芯片到封装再到印制电路板的层次结构。

互连架构
4 u& M; f: ^& @" e# fSiP的互连包括三个主要领域：电磁(EM)、热力和力学。对于电磁互连，信号完整性和传输路径优化尤为重要。
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1 `: ^, ~) k, @5 S图3显示了从芯片到封装的信号传输路径，说明了各种互连元素。
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热管理方案
SiP的热管理需要仔细考虑热传递路径。热结构函数曲线有助于分析散热特性。
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; M8 E& E# b  @+ U图4显示了热结构函数曲线，展示了不同材料的热阻和热容量变化。
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, A* m" |2 z/ f对于高功率应用，可能需要特殊的散热通道来有效管理热量。
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图5说明了SiP设计中通过特殊散热通道进行散热的方式。
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, v5 f. N6 x3 N机械设计考虑
力学互连处理影响封装的外部和内部力。QFN和QFP等不同封装类型具有不同的力学处理能力。
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$ V5 }$ ^) m5 o# T) z/ e5 @5 a4 U图6比较了QFN和QFP封装类型，展示其不同的结构特征。

' c$ e6 X8 Y/ U: S4 n智能化与测试策略
SiP的智能化包括系统功能、测试和软件集成。
测试包括机器级和板级验证。
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9 v9 u; N# v  F& U图7解释了SiP器件的机器测试原理。
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历史演进
2 C# d7 d& d; {( k' ]电子集成的历史发展显示了SiP如何成为关键技术。

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图8展示了印制电路板、封装和集成电路技术的集成历史，显示其并行发展。
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* V  E! d2 ^% I& x" l; p概念框架与未来展望
Si3P概念可以通过类比来理解：集成类似于建造房屋，互连类似于修建道路，智能类似于人类居住者。

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图9总结了Si3P概念，显示物理结构、能量传递和功能应用之间的关系。
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随着技术发展，SiP技术继续发展新的集成方法和互连策略。在后摩尔定律时代，传统缩放面临物理限制时，这项技术显示出特殊优势。
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图10提供了Si3P的概念理解，说明其三个主要组成部分。
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应用与实施
, i  e- O/ ~1 |4 K& ]这项技术在消费电子到航空航天等多个领域得到应用。现代智能手机就集成了多个协同工作的SiP系统。每个SiP可以处理特定功能，如感测、处理或通信，同时保持与其他系统组件的兼容性。

SiP设计需要仔细考虑应用场景。例如，用于空间探索的SiP必须考虑辐射效应和自主运行能力，而用于智能手机的SiP则必须优先考虑功率效率和紧凑形态。

0 h( D5 y# m; y7 V( N测试和调试是SiP开发中的重要部分，通常占用超过一半的开发时间。各种测试，包括功能、性能、机械强度、热冲击和可靠性测试，确保最终产品的稳定性。
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$ @. r; M2 k: T# k" h; O软件在SiP功能中发挥着越来越重要的作用。硬件和软件之间存在相互依存的关系：硬件提供物理平台，软件实现功能和智能。这包括基本操作的系统软件、特定功能的应用软件和验证与调试的测试软件。
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- u8 I4 n& F3 k& A参考文献
7 C$ ?6 m( F) s% J[1] S. Li, "From SiP to Si3P," in MicroSystem Based on SiP Technology, S. Li, Ed. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2022, pp. 29-65.

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) q8 G  C3 g2 U" |4 v深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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