设计师如何选择SiP产品工艺和材料？

        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？这是我在和用户接触的时候，发现用户最需要了解的，下面就在此文中进行阐述。

        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。

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。

-------------- 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：

• 密封性稍差，无法阻挡湿气和腐蚀性气体对芯片的腐蚀；

• 不容易拆解，模封灌胶后，几乎无法打开，否则损坏芯片；

• 散热性能较差，因为有机基板和模封胶的传热系数低；

• 工作温度范围小，一般温度范围为0℃~+70℃，工业级的是-40℃~+85℃；

• 生产周期短，一般生产周期2~3个月；

• 价格便宜，成本低廉，一次打样需要人民币10万元左右；

• 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。

图2 塑封SiP的结构

------------- 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：

• 密封性好，可以做到气密性，阻挡湿气和腐蚀性气体；

• 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；

• 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℃；

• 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；

• 体积小，适合大规模复杂芯片，主要相对与金属封装而言；

• 生产周期长，一般生产周期6~8个月；

• 价格高，一次打样需要人民币40~100万元左右；

• 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。

图3 陶瓷封装SiP的结构

------------ 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：

• 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；

• 散热性能好，对极限温度的抵抗性好；

• 容易拆解，开盖后即可直接看到内部裸芯片；

• 体积较大，扇出引脚较少，不太适合复杂芯片；

• 通常用在MCM领域，射频微波，模拟SiP领域应用较多；

• 生产周期较长，一般生产周期4~6个月；

• 价格较高，一次打样需要人民币30~80万元左右；

• 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。

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。

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原文始发于微信公众号（SiP与先进封装技术）：设计师如何选择SiP产品工艺和材料？