1.3 表面组装技术的发展

未来的企业竞争将会十分激烈，以需求拖动的市场将变幻莫测，未来的企业只有通过敏捷的工艺技术装备系统和迅速准确的通信与信息系统，及时抓住市场机遇，创造营销机会，才能在竞争中获胜得利。因此，表面组装技术的发展使工艺技术装备向着敏捷、柔性、快速反应的方向发展。

表面组装技术与微组装技术正是随着电子工业的发展而孕生，随着电子技术、信息技术与计算机应用技术发展而发展的。

微组装技术主要由表面组装技术、混合集成电路（HIC）技术和多芯片模块（Muni Chip Module，MCM）技术组成，是一门发展迅速的技术，至今仍无完整、准确的定义。但通常认为微组装技术实质上是高密度电子装联技术，它通常是在高密度多层互联电路板上，运用连接和封装工艺，把微小型电子元器件组装成高密度、高速度、高可靠性立体结构的电子产品。

1.3.1 国内表面组装技术的现状

我国表面组装技术的发展仅有30多年的历史，目前无论是表面组装元器件生产线，还是贴装生产线的关键设备几乎全是从国外引进，而且这种状态还会持续一段时间。但在电子组装工艺技术方面的研究与应用还是有相当实力的，特别是近几年来随着大型中外合资电子企业的增加，其工艺水准基本达到国外同步水平。例如，长沙国防科技大学用于银河计算机的超大型主板，不仅采用双面贴装，而且采用细间距QFP、BGA等新型元件；熊猫电子集团生产的股市机，采用FQFP及COB工艺，均能达到很高的直通率。有些研究所20世纪90年代初就从事微组装技术的研究，并与国际发展保持同步。目前国内SMT生产企业已达几千家，并且仍在迅速增长。

由于我国是一个电子装配大国，生产线市场很大，需要不同档次的贴片机、再流焊炉、印刷机等。因此，在发展表面组装技术硬件方面的普遍做法是在研制一些低档设备的同时，采取中外合资的方法引进高档生产技术。例如，国内一些企业，一方面自行研究一些技术含量较低的辅助设备和表面组装配套生产线，另一方面与国外著名的设备制造商合作，引进技术，生产档次较高的再流焊炉等，通过引进技术，合资生产，使SMT设备制造技术得到很大提升。

在软件方面，更应加强表面组装技术基础工艺的研究。表面组装技术基础工艺的研究包括以下内容。

（1）PCB焊盘涂敷层的研究；

（2）元件可焊性及储存方法的研究；

（3）印刷用模板开口尺寸设计，特别是针对超小型元器件和CSP、裸芯片等；

（4）免清洗焊接工艺的研究；

（5）PCB清洗工艺的研究；

（6）SMT工艺对PCB设计的要求；

（7）锡膏精密印刷工艺的研究（特别是适应高速印刷时）；

（8）超小型元器件再流焊是否需要加氮保护的研究；

（9）无铅工艺应用的研究；

（10）通孔元件再流焊工艺的研究；

（11）微焊接工艺的研究；

（12）SMT大生产中防静电技术的研究。

当然还包括其他方面的研究。实践表明，若能做好上述基础工艺的研究，将会使表面组装工艺水平上一个新的台阶。

近几年来，尽管元器件尺寸、引脚中心距变小，甚至出现CSP、裸芯片等，但表面组装工艺流程却没有变化，仍然是印刷焊膏→贴放元件→再流焊接。因此更应该加强基础工艺研究，提高在大生产中的加工工艺水平，以保证产品生产的稳定性和成品合格率的提高。当前，国外对无铅锡焊料的研究已成为热门话题，日本、西欧均已开始使用无铅焊料，并已拟订出禁用含铅焊料的时间表。

在发展元器件方面，不仅要做好电阻电容元件的生产，而且首先要发展IC器件，解决SOIC、PLCC、QFP和BGA等表面组装器件的供应问题。目前，这些表面组装器件大部分依赖进口，除开发共性的IC以外，还应开发专用的IC器件。表面组装器件是一个国家信息产业发展的标志，也是拥有自主知识产权的象征。若是用在军事领域，其意义更是不可言表。

1.3.2 表面组装技术的发展

表面组装技术作为新一代电子装联技术已经渗透到各个领域，甚至在许多领域中已经完全取代了传统的电子装联技术。表面组装技术以自身的特点和优势，使电子装联技术发生了根本性的变革。

1.表面组装设备的发展

表面组装技术中，表面组装设备的更新和发展代表着相关企业和工业发展的水平，面向21世纪的表面组装设备正向着高效、柔性、智能、环保的方向发展。

1）高效的表面组装设备

贴片机的贴装速度、贴装精度和贴装功能三者是相对矛盾的。新型贴片机一直在向高速、高精度、多功能和智能化方向努力发展。由于表面安装元器件（SMC/D）的不断发展，其封装形式也在不断变化，新的封装不断出现，如BGA、FC、CSP等，对贴片机的性能要求也越来越高。

高效的表面组装设备在结构上，正向双路送板模式和多工作头、多工作区域发展。为了提高生产效率，尽量减少生产占地面积，新型的表面组装设备正从传统的单路印制电路板（PCB）输送向双路PCB的输送结构发展，贴装工作头结构也在向多头结构和多头联动方向发展，如富士公司的QP132E采用了16个工作头联动的结构。印刷机、贴片机、再流焊机等都有双路结构的设备，这使生产效率得到了较大的提高。

一些企业的贴片机为了提高贴装速度采用了“飞行检测”技术，即在贴片机工作时，贴片头吸片后边运行边检测，以提高贴片机的贴装速度。通常的“飞行检测”技术多用于片式元件和小规模的集成电路，因而许多机器贴片式元件的贴装速度较快。针对贴装大型的集成电路速度较慢的问题，新型贴片机将视觉系统与贴片头配置在一起，提高了较大集成电路的贴装速度。

2）柔性模块化的表面组装设备

新型贴片机为了增强适应性和使用效率，正向柔性贴装系统和模块化结构发展。一些专业贴片机制造企业一改贴片机的传统概念，将贴片机分为控制主机和功能模块机，可以根据用户的不同需要，由控制主机和功能模块机柔性组合来满足用户的需要。模块机有不同的功能，针对不同元器件的贴装要求，可以按不同的精度和速度进行贴装，以达到较高的使用效率。当用户有新的要求时，还可以根据需要增加新的功能模块机。

模块化的另一种发展方向是向功能模块组件方向发展，这种新技术将贴片机的主机作为标准设备，装备有统一标准的机座平台和通用的用户接口，将点胶贴片的各种功能集成为成功能模块组件，以实现用户需要的新的功能要求。这种设备适合多任务、多用户、投产周期短的加工企业采用。

3）环保型的表面组装设备

随着人们环保意识的不断增强，一些环保型的SMT设备随之出现，如低噪声贴片机、无铅波峰焊机、无铅再流焊机、无公害清洗设备等。

2.向“绿色”环保方向发展

从电子元器件的包装材料、胶水、焊锡膏、助焊剂等工艺材料，到生产线的生产过程，无不对环境存在着这样或那样的污染，表面组装生产线越多、规模越大，这种污染也就越严重。因此，未来表面组装生产线势必向绿色生产线方向发展。绿色生产线是指从表面组装生产的一开始就要考虑到环保的要求，分析表面组装每个生产环节中将会出现的污染源及污染程度，从而选择相应的表面组装设备和工艺材料，制订相应的工艺规范，营造相应的生产条件，以适时的、科学的、合理的管理方式维护管理生产线的生产，以满足生产的需要和环保的要求。这就是说，表面组装生产不仅要考虑生产规模和生产能力，还要考虑表面组装生产对环境的影响，在表面组装建线设计、表面组装设备选型、工艺材料选择、环境与物流管理、工艺废料的处理及全线的工艺管理等各方面均需要考虑到环保的要求。“绿色生产线”将是未来表面组装技术的发展方向，表面组装技术设计应提倡绿色设计。

3.生产系统的发展

表面组装技术经历了从单台设备生产到多台设备连线生产的过程，目的是提高产品产量形成规模。高生产效率一直是人们追求的目标，表面组装生产线的生产效率体现在生产线的产能效率和控制效率两方面。

产能效率是生产线上各种设备的综合产能，较高的产能来自于合理的配置。高效表面组装线体已从单路连线生产向双路连线生产发展，在减少占地面积的同时，提高了生产效率。

控制效率包括转换模式优化、过程控制优化及管理优化。例如，敏捷模式就是在计算机数据网络的支持下，采用智能控制方式，优化设计参数、控制进程和贴装方式，能准确有效地转换模式和调换参数，实现无缺陷生产。

随着计算机信息技术和互联网信息技术的不断发展，生产线的产品数据管理和过程信息控制将逐渐完善，生产线的生产数据、维护管理可以得到网络的支持，从而实现对用户需求的快速响应，新的表面组装技术将向信息集成的、敏捷的、柔性生产环境的方向发展。

4.元器件及工艺材料的发展

1）元器件的发展

表面组装封装元器件主要有表面组装元件（SMC）、表面组装器件（SMD）和表面组装电路板（SMB）。SMC在向微型化大容量发展，如最新SMC元件的规格为01005，在体积微型化的同时也在向大容量的方向发展。SMD在向小体积、多引脚方向发展，SMD经历了由大体积少引脚向大体积多引脚的发展。现在已经开始由大体积多引脚向小体积多引脚发展。例如，BGA向CSP的发展，倒装片（FC）应用将越来越多。随着电子装联技术向更高密度的发展，SMB在向着多层、高密度、高可靠性方向发展，许多SMB的层数已多达十几层以上，多层的柔性SMB也有较快的发展。

2）表面组装工艺材料的发展

常用的表面组装工艺材料包括条形焊料、膏状焊料、助焊剂、稀释剂和清洗剂等。助焊材料是向免清洗方向发展的，焊料则向无铅型、低铅、低温方向发展。总之，表面组装工艺材料的发展趋势是向环保型材料方向发展。

1.3.3 板载芯片技术

板载芯片技术（Chip on Board，COB）是芯片组装的一门技术，是将芯片直接粘贴在印制电路板（PCB）上用引线键合，达到芯片与PCB的电气连接，然后用黑胶进行包封，如图1-12所示。

1.板载芯片技术概述

COB也称IC软封装技术，裸芯片封装或邦定（Bonding）。芯片粘贴（Die Bond，DB）也称为芯片黏结或固晶Flip Chip（倒装芯片）。引线键合（Wire Bond，WB）也称为引线互联邦定、邦线或打线。

板载芯片技术（COB）主要焊接方式有以下几种。

1）热压焊

热压焊即利用加热和加压力将金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如铝）发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力以达到“键合”的目的。此外，两金属界面不平整时加热加压可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片（Chip on Glass，COG）。

2）超声焊

超声焊的原理是利用超声波发生器产生能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力。劈刀在这两种力的共同作用下，带动铝丝在被焊区的金属化层如（铝膜）表面迅速摩擦，使铝丝和铝膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了铝层界面的氧化屋，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合从而形成焊接。其主要焊接材料为铝线，焊头一般为楔形。

3）金丝球焊

金丝球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装、二极管封装、三极管封装、CMOS封装都采用金线球焊。它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25μm的金丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），无方向性焊接速度可高达15点/秒以上。金丝球焊也叫热压焊或热压超声焊，主要键合材料为金线，焊头为球形，故也称球焊。

2.COB制作工艺流程

COB制作工艺流程如下。

1）粘芯片

用点胶机在PCB的IC位置涂上适量的红胶（或黑胶），再用防静电设备（真空吸笔）将IC裸片正确放在红胶或黑胶上。

2）烘干

将粘好的裸片放入热循环烘箱中烘干，也可以自然固化（时间较长）。

3）引线键合（邦定、打线）

采用铝丝焊线机将晶片与PCB上对应的焊盘进行铝丝桥接，即COB的内引线焊接。

4）前测

使用专用检测工具（不同用途的COB有不同的检测设备，简单的就是高精度稳压电源）检测COB，将不合格的板子重新返修。

5）点胶

采用点胶机用黑胶根据客户要求进行外观封装。

6）固化

将封好胶的PCB放入热循环烘箱中，根据要求可设定不同的烘干时间。

7）后测

将封装好的PCB再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分优劣。

1.3.4 倒装芯片技术

倒装芯片（Flip-Chip，FC）技术在电子装联和微电子封装中越来越受到重视，采用FC技术的集成电路（IC）封装与SMD和DIP相比，其体积是最小的。倒装芯片技术可直接用于印制电路板的组装。它将是下一代高密度电子组装的主导技术。

1.倒装芯片技术

在微电子封装中，芯片（Chip）是安装在基板上的，安装在基板上的芯片通过与基板上的连接，从基板上引出引脚。芯片与基板上的连接与芯片的放置方向有关，芯片放置有向上、向下之分，连接方式有线焊方式和倒装方式。目前绝大多数的封装采用芯片在基板上向上或向下安装，并通过线焊（WB）的方式连接，常见的连接方式还有可控塌陷芯片连接法（C4）、各向异性导电胶（膜）法（ACP和ACF）、钉头凸点法（SBB）和机械接触互联法，如图1-13所示。

球栅阵列（BGA）封装结构，芯片以向上的方式安装在基板上，通过线焊方式与基板连接，基板将其下面的球栅阵列作为引出电极。当芯片在基板上向下安装时，芯片与基板通过倒装方式连接，这种技术就是倒装芯片技术，即FC技术。

芯片尺寸封装（CSP）结构，芯片以向下的方式安装在基板上，通过倒装芯片方式与基板连接，基板将其下面的球栅阵列作为引出电极，芯片以线焊方式安装是一种传统的方式，目前绝大多数的IC封装均采用这种方式。芯片向下的FC方式现在越来越受重视，不但用于各种CSP和部分BGA中，而且直接用于印制电路板上的组装。

众所周知，常规芯片封装流程中包含粘片、引线键合两个关键工序，而FC技术则将这两步工序合二为一，是直接通过芯片上呈阵列排布的凸点来实现芯片与封装衬底（或电路板）的互联。由于芯片是倒扣在封装衬底上，与常规封装芯片放置方向相反，故称Flip-Chip。

与常规的引线键合相比，FC由于采用了凸点结构，如图1-14所示，互联线长度更短，互联线电阻、电感值更小，封装的电性能明显改善。此外，芯片中产生的热量还可通过焊料凸点直接传输至封装衬底，加上芯片衬底通常采用加装散热器的散热方式，芯片散热将更有效，如图1-15所示。

2.FC的特点

1）较小的体积

采用FC技术可以有效地减少线焊工艺所占的空间，使得组装的体积最小。在微电子封装中，表面贴装器件（SMD）的体积比双列直插封装（DIP）小，芯片尺寸封装（CSP）的体积就更小，采用FC技术直接组装的芯片，体积可谓最小。

2）较低的高度

FC组装将芯片用再流或热压方式直接组装在基板或印制电路板上，因此，它的组装高度是所有电子装联中最低的。方型扁平封装（QFP）的高度不低于3.10mm，BGA的高度不高于2.336mm，CSP的高度只有1.40mm，FC组装高度比CSP还低。

3）更高的组装密度

FC技术用于芯片封装可增大集成度，减小体积，而FC技术用于PCB组装则可提高PCB的组装密度。FC技术可以将芯片组装在PCB的两个面上，这样将大大提高PCB的组装密度。

4）更低的组装噪声

由于FC组装将芯片直接组装在基板或印制电路板上，就组装噪声而言，FC组装产生的噪声低于BGA和SMD。

5）不可返修性

FC组装是在基板或印制电路板上进行芯片的直接组装，因此，组装一旦完成，形成连接后就无法进行返修。

1.3.5 多芯片模块技术

微组装技术是20世纪90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术的基础上发展起来的新一代电子组装技术。微组装技术是在高密度多层互联基板上，采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠性的三维立体机构的高级微电子组装技术。多芯片组件（Muni Chip Module，MCM）就是当前微电子封装技术的代表产品。

1.微电子封装技术的发展历史

在某种意义上，电子产品近几十年的发展历史可以看做是逐渐小型化的历史。推动电子产品朝小型化过渡的主要动力是元器件和集成电路IC的微型化。随着微电子技术的发展，器件的响应速度和延迟时间等性能对器件之间的互联提出了更高的要求，由于互联信号延迟、串扰噪声、电感电容耦合及电磁辐射等影响越来越大，高密度封装的IC和其他电路元件构成的功能电路已不能满足高性能的要求。人们已深刻认识到，无论是分立元件还是IC，封装已成为限制其性能提高的主要因素之一。目前电子封装的发展趋势是小尺寸、高性能、高可靠性和低成本。

所谓封装，是指将半导体集成电路芯片可靠地安装到一定的外壳上。封装用的外壳不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁，即用导线将芯片上的接点连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过PCB上的导线与其他器件建立连接。

20世纪80年代，被誉为“电子组装技术革命”的表面组装技术（SMT）改变了电子产品的组装方式。SMT已经成为一种日益流行的印制电路板元件贴装技术，其产品具有接触面积大、组装密度高、体积小、质量轻、可靠性高等优点，既吸收了混合IC的先进微组装工艺，又以价格低廉的PCB代替了常规混合IC的多层陶瓷基板，许多混合IC市场已被SMT占领。随着IC的飞速发展，I/O口数量急剧增加，要求封装的引脚数相应增多，出现了“高密度封装”。20世纪90年代，在高密度、单芯片封装的基础上，将高集成度、高性能、高可靠的通用集成电路芯片和专用集成电路芯片（ASIC）置于高密度多层互联基板上，用表面安装技术组装成为多种多样的电子组件、子系统或系统，由此产生了多芯片组件（MCM）。在通常的芯片印制电路板（PCB）和SMT中，芯片工艺要求过高，影响其成品率和成本；印制电路板尺寸偏大，不符合功能强、尺寸小的要求，并且其互联和封装的效应明显影响了系统的性能；多芯片组件将多块未封装的裸芯片通过多层介质、高密度布线进行互联和封装，元器件布置远比印制电路板紧凑，工艺难度又比芯片小，成本适中。因此，MCM是现今较有发展前途的系统实现方式，是微电子学领域的一项重大变革技术，对现代化的计算机、自动化、通信等领域将产生重大影响。

2.多芯片组件技术的基本特点

多芯片组件是在高密度多层互联基板上，采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件（IC裸芯片及片式元器件）组装起来，形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品（包括组件、部件、子系统、系统）。它是为顺应现代电子产品短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠性、低成本的发展方向，而在PCB和SMT的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术，是实现系统集成的有力手段。

多芯片组件已有十几年的历史，MCM组装的是超大规模集成电路和专用集成电路的裸片，而不是中小规模的集成电路，在技术上追求高速度、高性能、高可靠性和多功能，而不像一般混合IC技术以减小体积质量为主。

典型的MCM具有以下几个特点。

（1）MCM是将多块未封装的IC芯片高密度地安装在同一基板上所构成的部件，省去了IC的封装材料和工艺，节约了原材料，减少了制造工艺，减小了整机、组件封装尺寸和质量。

（2）MCM是高密度组装产品，芯片面积占基板面积至少20%，互联线长度大幅缩短，封装延迟时间缩短，易于实现组件高速化。

（3）MCM的多层布线基板导体层数应不少于4层，能把模拟电路、数字电路、功率器件、光电器件、微波器件及各类片式化元器件合理而有效地组装在封装体内，形成单一半导体集成电路不可能完成的多功能部件、子系统或系统。使线路之间的串扰噪声减少，阻抗易控，电路性能提高。

（4）MCM避免了单块IC封装的热阻、引线及焊接等一系列问题，使产品的可靠性获得极大提高。

（5）MCM吸收了先进的半导体IC的微细加工技术，厚薄膜混合集成材料与工艺技术，厚膜、陶瓷与PCB的多层基板技术，以及MCM电路的模拟、仿真、优化设计、散热和可靠性设计、芯片的高密度互联与封装等一系列新技术，因此，有人称其为混合形式的全片规模集成（WSI）技术。

1.3.6 三维立体（3D）封装技术

目前半导体IC封装的主要发展趋势为多引脚、窄间距、小型化、超薄、高性能、多功能、高可靠性和低成本，因而对系统集成的要求也越来越高。通过由二维多芯片组件到三维多芯片组件（3D-MCM或MCM-V）技术，实现WSI功能是实现系统集成技术的主要途径之一。三维封装技术是现代微组装技术发展的重要方向，是微电子技术领域的一项关键技术。

三维立体封装是近几年发展起来的电子封装技术。各类SMD的日益微型化、引线的细线和窄间距化，实质上是为实现XY平面（2D）上微电子组装的高密度化；而3D则是在2D的基础上，进一步向Z方向发展的微电子组装高密度化。实现3D封装，不但能够使电子产品的组装密度更高，也能够使其功能更多，传输速度更高、功耗更低、性能更好，并且有利于降低噪声，改善电子系统的性能，从而使可靠性更高。

三维立体封装主要有三种类型：埋置型三维立体封装，如图1-16所示；有源基板型三维立体封装，如图1-17所示；叠层型三维立体封装，如图1-18所示。

埋置型三维立体封装出现于20世纪80年代，它不但能灵活方便地制作成埋置型，而且还可以作为IC芯片后布线互联技术，使埋置IC的压焊点与多层布线互联起来，这就可以大大减少焊接点，从而提高电子部件封装的可靠性。

有源基板型3D就是把具有大量有源器件的硅（单晶硅）作为基板，在上面多层布线，顶层再贴装SMC/SMD或贴装多个LSI，形成有源基板型立体3D-MCM，从而获得WSI所能实现的功能。

叠层型三维立体封装是将LSI、VLSI、2D-MCM，甚至WSI或者已封装的器件，无间隙层层叠装互联而成。这类叠层型三维立体封装是目前应用最为广泛的一种封装技术，其工艺技术不但吸收了许多成熟的组装互联技术，还发展了垂直互联技术，使叠层型三维立体封装的结构呈现出五彩缤纷的局面。

三维立体封装是在垂直于芯片表面的方向上堆叠、互联两片以上裸片的封装。占用空间小，电性能稳定，是一种高级的系统级封装（System in Package，SiP）技术。三维立体封装可以采用混合互联技术，以适应不同器件间的互联，如裸片与裸片、裸片与微基板、裸片与无源元器件间可根据需要采用倒装、引线键合等互联技术。传统的芯片封装中，每个裸片都需要与之相应的高密度互联基板，基板成本占整个封装器件产品制造成本的比重是很高的，如BGA中这个比重占40%～50%，而倒装片用基板中这个比重高达70%～80%。三维立体封装内的多个裸片仅需要一个基板，同时由于裸片间大量的互联是在封装内进行的，互联线的长度大大减小，提高了器件的电性能。三维立体封装还可以通过共用I/O端口减少封装的引脚数。概括地说，三维立体封装的主要优点为体积小、质量轻、信号传输延迟时间短、低噪声、低功耗，极大地提高了组装效率和互联效率；增大了信号带宽，信号传输速度得到提升。此外，它还具有多功能性、高可靠性和低成本性。例如，Amkor公司采用了裸片叠层的3D封装比采用单芯片封装降低了30%的成本。

1.3.7 系统级封装技术

进入20世纪90年代，电子产品朝着智能化、小型化、网络化和多功能化方向发展，这种市场需求对元器件提出了更高的要求，即单位体积信息的提高（高密度化）和单位时间处理速度的提高（高速化）。为了满足这些要求，势必要提高电路组装的功能密度，系统级封装技术应运而生。

1.系统级封装的内容

系统级封装（System in Package，SiP）是将一个电子功能系统，或其子系统中的大部分甚至全部内容都安置在一个封装内。这个概念看起来很容易理解，熟悉封装技术又对电子装置或电子系统有所了解的人们一般都能够理解SiP的含义。但是如果试图对SiP使用严格的名词术语，进行精确定义，却非常困难。SiP这一术语出现至今，虽然已经有好几年了，但是仍然没有能够被广泛认同的定义。一般涉及SiP的定义时，人们只是指出其包含的内容，或者指出其所具有的特征。Amkor公司认为SiP技术包括以下内容，或具有以下特征。

（1）SiP技术应包括芯片级的互联技术。换句话说，即它可能采用倒装芯片（Flipchip）键合、引线键合、TAB或其他可直接连接至IC芯片的互联技术。但是很明显，这种观点并未将小型SMT线路板的装配技术列入SiP技术的范畴。

（2）一般地说SiP技术在物理尺寸方面力求小型化。

（3）SiP中经常包含有无源元件。这些无源元件可能是采用表面组装技术安装的分立元件，也可能是被嵌入在衬底材料上，或者甚至就是在衬底材料上制作的无源元件。

（4）通常包含有若干个IC芯片。

（5）SiP系统通常是功能比较完整的系统或子系统。因此，系统级封装内也可能包含有其他的部件，如基座、顶盖、RF屏蔽、接插件、天线、电池组等。

人们经常把SiP与当前的热门课题之一——系统级芯片（SoC）相提并论。尽管SoC具有许多优点，并且也一直是若干年来许多IC制造厂商集中努力的方向；但是从本质上讲，SoC所遇到的最大限制是工艺的兼容性，即在加工过程中晶圆所能够累计兼容的加工工艺的种类。因此不难看出，SoC上所能够集成的系统功能，也将受到SoC设计中所能够集成进来的IC类型的限制。另外，由于某些加工工艺的要求是互相冲突的，为了兼容不同的工艺往往需要做出一些折中平衡，不能使各部分功能部件的性能得到充分发挥。因此，SoC往往不能达到最佳性能，而SiP则没有这样的限制，采用SiP技术所封装的各种类型的IC芯片都可以分别采用最佳的工艺制作，不同工艺类型的IC芯片一般都可以很容易地封装在一起。

2.系统级封装的影响因素

从市场需求角度来看，推动着SiP迅猛发展的因素如下。

（1）产品尺寸的小型化。将众多IC芯片和零部件一同封装在一个壳体内，可以显著地缩小系统或子系统的尺寸。

（2）缩短上市时间。SiP的开发与加工时间比SoC要短得多，如果需要改进也可以很快实现。而对SoC进行修改，则会“牵一发而动全身”，无论是设计开发，加工制造，还是修改都十分困难。

（3）采用SiP实现方案时，由于将系统母板上许多复杂的布线转移到封装的衬底上了，因此显著地降低了母板的复杂程度。通常可以减少母板的层数，简化整机系统的设计。

（4）工作性能得以提高。例如，由于在SiP内部缩短了逻辑线路与存储器之间的距离，因而ASIC、CPU与存储器之间的数据传输速率得以提高。另外，由于缩短了IC芯片之间连接线的长度，减少了电容负载，从而使得功率消耗也得以降低。

（5）对于一些完整的，可以“即插即用”的SiP解决方案，如蓝牙或照相功能模块等，系统整机设计人员几乎可以毫不费力地将它们加进系统中去。

（6）降低整个系统的成本。经过优化的SiP解决方案，与采用分立器件的方案相比，前者一般都可以明显地降低整机的成本。

（7）采用SiP以后，系统设计人员一般都可以分别优化各个IC芯片的加工工艺，充分发挥各个芯片的性能特点。SoC和SiP是互相排斥的，但是SiP在IC的功能划分方面，具有更大的灵活性，可以更好地优化性能，降低成本。

SiP技术是在融合SMT和IC两种技术的基础上发展起来的。虽然MCM和SiP技术也存在一些共同之处，但是在历史渊源方面，SiP和混合集成电路及高性能MCM的开发历史都没有什么共同之处。多芯片模块（MCM）技术以前一直都仅仅应用于高性能整机产品。这些类型的MCM一般都非常复杂，而且价格也非常高。

SiP技术更多地是在大批量、低成本的主流IC装配生产技术和表面组装技术的基础上发展起来的。它采用IC装配技术，将IC芯片连接到SiP衬底上，采用SMT技术将无源元件，以及其他和SMT技术兼容的零部件（如接插件）安装到SiP衬底上。

SiP在工业界的应用越来越广，但是SiP一般都是尽可能地利用现有的技术、材料、设备和工艺流程，以保持SiP的低成本优势，支持大批量生产。

1.3.8 微机电系统封装

数十年来，芯片封装技术一直追随着IC的发展而发展，而微机械学、材料学等学科的发展，更加促进芯片封装技术不断达到新的发展水平，它不但满足了机械电子产品对电路组件提出的小型化、多功能的要求，也满足工程系统发展对进一步提高效率、有更高可靠性的要求，所以出现了更新的微机电系统（MEMS）。

微机电系统（MEMS）是微电子学与微机械学相互结合的产物，它将集成电路制造工艺中的硅微细加工技术和机械工业中的微机械加工技术结合起来，制造出机、电一体甚至光、机、电一体的新器件。经过十几年的发展，MEMS芯片已经相当成熟，但是很多芯片却没有作为产品得到实际应用，其主要原因是没有解决封装问题。事实上只有已封装的MEMS器件才能成为产品，才能投入使用，否则只能停留在实验阶段。目前，国内MEMS封装技术水平明显落后于MEMS芯片研究，必须重视和积极发展MEMS封装技术，尽快开发低成本、高性能的封装方法，否则它将成为制约MEMS发展的瓶颈。

目前的MEMS封装技术，大都是由集成电路封装技术发展和演变而来的，但是与集成电路封装相比，它却有很大的特殊性，不能简单将集成电路封装技术直接应用于MEMS器件的封装，这些特殊性正是MEMS封装的难点所在。

1.信号界面

普通集成电路的信号界面较单一，通常只有电信号，所以一般情况下，芯片本身都被密封在封装体里，封装的主要作用就是保护芯片和完成电气互联。而MEMS的输入信号界面复杂，它的输入信号包括电信号，根据芯片作用的不同，还包括光信号（光电探测器）、磁信号（磁敏器件），机械力的大小（压力传感器）、温度的高低（温度传感器）、气体的成分（敏感气体探测器）等，这种复杂的信号界面给封装带来很大的难度。

2.外壳要求

因为大多数MEMS器件的外壳上需要有非电信号的通路，所以它不能简单地把MEMS芯片密封在封装体里，必须留有同外界直接相连的通路，用来传递光、热、力等物理信号。对这种MEMS封装，不同的器件需要具有不同开口的外壳。除此之外，外壳材料本身也有要求。如磁敏MEMS器件，虽然可以密封在管壳里，但是它要求外壳必须是非导磁材料，常见的用铁镍合金作为引线框架的管壳就不适用；微麦克风MEMS器件则要求外壳既有开口，可以接收外界的声音，又能屏蔽电磁干扰信号，以避免其对微弱的麦克风输出信号的干扰，所以普通的塑料封装就不适用。

3.立体结构

IC芯片是用平面工艺完成的，加工好的芯片本身是一个“实心体”。除了空封的金属、陶瓷管壳封装外，对塑封的集成电路而言，即使引线键合时有几十、几百根引线是悬空的，但是经过塑料包封后，管芯、引线和引线框架都被环氧树脂固化成一个整体。而MEMS芯片则完全不同，有的带有腔体，有的带有悬梁，这些微机械结构的尺寸很小，强度极低，容易因机械接触而损坏和因暴露而脏污，特别是单面加工的器件，是在很薄的薄膜上批量加工的，结构的机械强度就更低，它能承受的机械力可能远远小于IC芯片。

4.钝化要求

封装的一个重要作用就是保护芯片，而很多情况下需要腔体开口的MEMS封装就面临一个如何保护芯片的问题，外界环境因素对器件的影响更为明显。有的MEMS器件甚至要直接用于腐蚀性环境，如用于医学的MEMS器件，可能要进入人体这个酸性环境，它就需要特殊的保护以抗酸性腐蚀；有的气敏MEMS，既需要做到让敏感气体进入，还要防止有害气体的侵蚀；飞机上的动态参数记录仪（黑匣子）则要求能经受住海水的浸泡等。这些都对芯片的钝化提出了特殊的要求。

5.可靠性要求

随着科技的发展，MEMS器件的使用范围越来越广，人们对它的要求也越来越高，尤其是可靠性问题，如军事和航天应用中的导弹、卫星携带设备，可靠性差将带来严重的后果。即使在民用方面，MEMS器件的可靠性差也可能引发严重的事故，如普通小轿车上使用的安全气囊压力传感器，必须十分可靠，又如植入人体内代替心脏功能的微泵，都需要极高的可靠性，这对MEMS器件的封装提出了更高的要求。

正因为MEMS的封装比集成电路更为复杂，成本也更高。在整个MEMS器件的成本中，封装的成本有的达到70%以上。除此之外，必须在芯片设计阶段同时考虑其封装问题，如果在MEMS芯片做好后再考虑如何封装，必将加大成本，甚至不能达到预期目标。

随着人们对MEMS封装的日益重视，新型的封装技术不断出现，其中较有代表性的是采用倒装焊技术的MEMS封装、多芯片技术的MEMS封装和模块技术的MEMS封装等。