SIP的案例
SiP與先進封裝的異同點
SiP系統級封裝（System in Package)，先進封裝HDAP（High Density Advanced Package)，兩者都是當今芯片封裝技術的熱點，受到整個半導體產業鏈的高度關注。那么，二者有什么異同點呢？
有人說SiP包含先進封裝，也有人說先進封裝包含SiP，甚至有人說SiP和先進封裝意思等同。
這里，我們首先明確SiP
≠
先進封裝HDAP，兩者主要有3點不同：1）關注點不同，2）技術范疇不同， 3）用戶群不同。
除了這3點不同之外，SiP和HDAP也有很多相同之處，兩者在技術范疇上有很大的重疊范圍，有些技術既屬于SiP也屬于先進封裝。
1）關注點不同
SiP的關注點在于：系統在封裝內的實現，所以系統是其重點關注的對象，和SiP系統級封裝對應的為單芯片封裝；
先進封裝的關注點在于：封裝技術和工藝的先進性，所以先進性的是其重點關注的對象，和先進封裝對應的是傳統封裝。
SiP對應單片封裝/先進封裝對應傳統封裝
SiP是系統級封裝，因此SiP至少需要將兩顆以上的裸芯片封裝在一起，例如將Baseband芯片+RF芯片封裝在一起形成SiP，單芯片封裝是不能稱之為SiP的。
先進封裝HDAP則不同，可以包含單芯片封裝，例如FOWLP (Fan Out Wafter Level Package) 、FIWLP (Fan In Wafter Level Package)。
先進封裝強調封裝技術和工藝的先進性，因此，采用Bond Wire等傳統工藝的封裝不屬于先進封裝。
展開 SiP技術與微系統
所以在設計SiP時，在滿足功能的前提下，盡可能簡單，用最少的芯片實現SiP的功能，否則，其中一顆芯片失效了，其它芯片往往就跟著“陪葬”了。
(3) 目的性，系統都具有明確目的，即系統表現出的某種特定功能。這種目的必須是系統的整體目的，不是構成系統要素或子系統的局部目的。通常情況下，一個系統可能有多重目的性。對應到SiP上，就涉及到SiP功能的定義，如果有明確的應用目的，SiP的功能定義就容易明確，應當避免目的不明確而將功能定義的含糊，從而增加SiP設計實現的難度。
(4) 層次性，一個復雜的系統由多個子系統組成，子系統可能又分成多個更小的子系統，而這個系統本身又是一個更大系統的組成部分，系統是有層次的。系統的結構與功能都是指的相應層次上的結構與功能，而不能代表高層次和低層次上的結構與功能。對應到SiP上，SiP應該屬于一個復雜系統的子系統，同時SiP中還會包含更小的系統，例如一個SiP中可能包含一顆或者多顆SoC，或者已經通過晶圓級封裝工藝完成一次集成的產品。
(5) 環境適應性，系統所具有的隨外部環境變化相應進行自我調節、以適應新環境的能力。系統必須在環境變化時，對自身功能作出相應調整。沒有環境適應性的系統，是沒有生命力的。對應到SiP上，在設計SiP時，應當考慮到環境的變化對SiP產品的影響，考慮到SiP可能的應用領域以及產品的生命周期。
(6) 動態性，系統的生命周期所體現出的系統本身也處在孕育、產生、發展、衰退、湮滅的變化過程中。對應到SiP上，同樣存在SiP產品構思、規劃、設計、生產、測試、推廣、應用、更新換代等過程。
微 系 統 的 定 義
微系統通常是指在很小的尺度內實現的系統，這個尺度通常是指一個芯片內部或者封裝的內部。
展開 摩爾定律，Chiplet，IP 與 SiP！
什么是“SiP ”？
SiP(System-in Package)系統級封裝是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器、FPGA等功能芯片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。與SoC(System on Chip系統級芯片)相對應。不同的是系統級封裝是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，而SoC則是高度集成的芯片產品。
SiP可定義為：將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起，實現一定功能的單個標準封裝件，從而形成一個系統或者子系統。
SiP中的IC芯片可以垂直堆疊或水平排列，一個SiP中可以包含很多種芯片，如專門的處理器，DRAM，Flash 等，結合被動元件電阻、電容、電感等都可以封裝在同一個SiP中，這意味著一個完整的系統功能單元可以在SiP封裝中建立。
SiP解決方案需要多種封裝技術，如引線鍵合、倒裝芯片、芯片堆疊、基板腔體、基板集成RF器件、埋入式電阻\電容\電感、硅通孔TSV，圓片級封裝等。SiP 是超越摩爾定律的重要實現路徑。
摩爾定律，Chiplet，IP，SiP之間的關聯
摩爾定律逐漸失效之后的日子便被稱為“后摩爾定律時代”。所謂后摩爾定律時代，就是業者不再以追求更大效能的芯片為主要目的，而是強調多元化與實用性的原則。也就是說，產品能發揮實際效用就是最好的質量，也是最具經濟價值的東西。
DARPA的CHIPS（通用異構整合和IP重用策略）計劃贏得了波音、洛克希德、諾斯洛普·格魯門、英特爾、美光、Cadence、Synopsys等公司的支持，用于商業和軍事/航空應用。同樣，SEMI和IEEE也在推廣更快整合的共同路線圖，西門子的Mentor事業部已經建立了一個可以在這方面提供幫助的SiP封裝流程。
展開 圖元Sip設計服務
另外，SiP/先進封裝產品一般生產量不大，大部分是打樣做方案驗證，加上近幾年封裝廠超負荷運轉，大的封裝廠往往不愿意接該類訂單。我們很多客戶在規劃SiP產品時，普遍都遇到了這個問題，并向我們尋求可以接受小批量、打樣的封裝廠資源。
圖元SiP設計服務
上海圖元作為一家集成電路與電子系統研發綜合服務提供商，我們提供SiP及3D-IC/2.5D-IC先進封裝的設計與生產一站式服務。專業的Sip與先進封裝設計團隊，設計過各種功能的SiP產品，從消費級到工業級涵蓋了各行各業，能為客戶提供快速高效低成本的設計方案。作為Cadence官方授權的戰略合作伙伴，技術團隊擁有業界領先的全流程EDA工具及使用經驗，可以提供完整的芯片/封裝/系統Co-Design和多物理場封裝系統分析，我們的仿真工程中心具備SiP/先進封裝需要的SI/PI/EMC/熱/結構分析能力，提供從封裝到系統級仿真的整體解決方案。
在多年的封裝項目實施過程中，圖元封裝工程團隊積累了良好的裸芯片資源供應鏈，可以幫助客戶解決部分裸芯及物料采購問題。在與客戶的合作中，我們長年積極拓展封裝加工與測試資源，特別是針對復雜的SiP、先進封裝，擁有了豐富且穩定的封裝廠資源，包括多家具備晶圓級/SiP生產能力的封裝廠，還包括多家功率、汽車、IGBT、射頻封裝廠資源，可以很好地滿足客戶打樣快封或量產需求。我們擁有優質高效的封裝制造與測試項目管理體系，具備針對快封和量產的專業管理能力，提供多維度封測服務，保證客戶項目順利高質量地完成封測。
圖元SiP設計服務優勢：
一站式服務：經過多年的SiP開發經驗，建立了完整的SiP開發及生產一站式服務。
展開 
SIP封裝工藝流程
摘要：
系統級封裝（SIP）技術從20世紀90年代初提出到現在，經過十幾年的發展，已經能被學術界和工業界廣泛接受，成為電子技術研究新熱點和技術應用的主要方向之一，并認為他代表了今后電子技術發展的方向，SIP封裝工藝作為SIP封裝技術的重要組成部分，這些年來在不斷的創新中得到了長足發展，逐漸形成了自己的技術體系，值得從事相關技術行業的技術人員和學者進行研究和學習，文章從封裝工藝角度出發，對SIP封裝制造進行了詳細的介紹，另外也對其工藝要點進行了詳細的探討。
一、前言
系統級封裝（system in package，SIP）是指將不同種類的元件，通過不同種技術，混載于同一封裝體內，由此構成系統集成封裝形式。該定義是通過不斷演變、逐漸形成的。開始是單芯片封裝體中加入無源元件（此時封裝形式多為QFP、SOP等），再到單個封裝體中加入多個芯片。疊層芯片以及無源器件，最后發展到一個封裝構成一個系統（此時的封裝形式多為BGA、CSP）。SIP是MCP進一步發展的產物，二者的區別在于：SIP中可搭載不同類型的芯片，芯片之間可以進行信號取放和交換，從而以一個系統的規模而具備某種功能；MCP中疊層的多個芯片一般為同一種類型，以芯片之間不能進行信號存取和交換的存儲器為主，從整體上來說為一多芯片存儲器。
展開 干貨 | SIP封裝工藝流程
因此需要將兩種類型的芯片分別封裝之后，再以SiP的形式封裝在一起。
SiP在其他消費類電子中也有很多應用。這其中包括了ISP（圖像處理芯片）、藍牙芯片等。ISP是數碼相機、掃描儀、攝像頭、玩具等電子產品的核心器件，其通過光電轉換，將光學信號轉換成數字信號，然后實現圖像的處理、顯示和存儲。圖像傳感器包括一系列不同類型的元器件，如CCD、COMS圖像傳感器、接觸圖像傳感器、電荷載入器件、光學二極管陣列、非晶硅傳感器等，SiP技術無疑是一種理想的封裝技術解決方案。
藍牙系統一般由無線部分、鏈路控制部分、鏈路管理支持部分和主終端接口組成，SiP技術可以使藍牙做得越來越小迎合了市場的需求，從而大力推動了藍牙技術的應用。SiP完成了在一個超小型封裝內集成了藍牙無線技術功能所需的全部原件（無線電、基帶處理器、ROM、濾波器及其他分立元件）。
軍事電子產品具有高性能、小型化、多品種和小批量等特點，SiP技術順應了軍事電子的應用需求，因此在這一技術領域具有廣泛的應用市場和發展前景。SiP產品涉及衛星、運載火箭、飛機、導彈、雷達、巨型計算機等軍事裝備，最具典型性的應用產品是各種頻段的收發組件。
3.2.SiP——為智能手機量身定制
手機輕薄化帶來SiP需求增長。手機是SiP封裝最大的市場。隨著智能手機越做越輕薄，對于SiP的需求自然水漲船高。從2011-2015，各個品牌的手機厚度都在不斷縮減。輕薄化對組裝部件的厚度自然有越來越高的要求。以iPhone 6s為例，已大幅縮減PCB的使用量，很多芯片元件都會做到SiP模塊里，而到了iPhone8，有可能是蘋果第一款全機采用SiP的手機。這意味著，iPhone8一方面可以做得更加輕薄，另一方面會有更多的空間容納其他功能模塊，比如說更強大的攝像頭、揚聲器，以及電池。
從蘋果產品看SiP應用。
展開 SiP 之 “4D“ 集成技術
當XY平面旋轉時，其Z軸會發生偏移，我們可以做如下定義：
在SiP中，當多塊基板所處的XY平面并不平行，即不同基板的Z軸方向發生偏移，我們則可定義此類SiP中的集成方式為4D集成。
In SiP, when the XY planes of multiple substrates are not parallel, that is, the Z-axis direction of different substrates is offset, we can define such integration method as a 4D integration in SiP.
在SiP中，具體的4D集成如何實現呢？請看下面的詳細闡述。
技 術 實 現
這里，我們描述兩種典型的4D集成實現方法。
1.通過剛柔結合折疊基板——實現4D集成
以下描述的SiP系統級封裝，采用了4D集成結構，其封裝基板采用了剛柔結合板，其中包含6塊剛性基板，中間通過5個柔性電路連接，在6塊剛性基板上，均可安裝芯片等元器件，柔性電路主要起到電氣互聯和物理連接的作用。
在元器件安裝完成后，對柔性區域進行90度彎曲，將剛性基板彎折并拼接成一開蓋盒狀體，并對其接縫處進行焊接，然后對封裝體內部充膠加固，最后封蓋，植球，形成完整的三維系統級封裝。
下圖為4D集成SiP的基板頂視圖，其中A、B、C、D、E、F為剛性基板，總共6塊，通過5個柔性電路連接起來，有柔性電路連接的邊做金屬化處理，用于后期的焊接。
展開 智芯研報 | SiP如何為摩爾定律續命？
圖：2019-2025年SiP市場份額預測
《系統級封裝關鍵技術及在智能終端的應用》 田德文 歌爾微電子
根據Markets&Markets報告顯示，射頻前端應用成為SiP最大的市場。而Yole表示，未來五年，可穿戴設備、Wi-Fi路由器和物聯網將在SiP市場領域顯著增長，5G和物聯網成為主要驅動力。
5G的迅速發展也帶動了5G封裝市場的不斷擴大。2020年5G封裝市場規模為5.1億美元，預期將以31％的年復合增長率成長，至2026年達到約26億美元。
圖：5G 封裝為 SiP 業務帶來創新技術和新機遇
SiP封裝技術市場空間廣闊，相較于傳統封裝性能優勢顯著。SiP上下游企業正積極布局，擴大SiP產品應用版圖，加速SiP工藝優化升級，超越摩爾定律限制，促進半導體行業蓬勃發展。
展開 技術分享丨淺談SiP系列-常用軟件工具篇（上）
EDA設計工具在SiP制造流程中占有舉足輕重的地位，目前市面上最常見的SiP設計工具是Allegro Package Designer Plus和SiP Layout Option，其可實現2D 2.5D 3.D 等封裝工藝中芯片，封裝，無源器件在基板上的構建，疊構，設計，驗證及生產文件生成。其簡化了多個芯片集成在單個基板上的設計流程 。
裸芯疊構示意
Wire Bond 設置
3D檢查
同時在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。Cadence針對封裝SIP的仿真分析工具主要分為三大類：一是封裝模型的提取、建模工具，二是信號完整性工具，第三類為電源完整性工具，具體如下：
模型提取
? XtractIM
XtractIM 是一款專門針對IC封裝的寬帶模型提取及封裝性能評估工具。XtractIM能夠生成標準的IBIS格式和SPICE子電路格式的封裝模型。提取出的模型可以是各引腳或各網絡的RLC網表，可以是帶耦合參數的矩陣，也可以是Pi/T型SPICE子電路。XtractIM生成的模型可以用來評估封裝模型電性能的好壞，也可用于系統級的SI和PI的仿真。
? XcitePI
XcitePI 是以芯片為中心的仿真和模型提取工具，可以用來設計和驗證電源分配網絡（PDN）和高速I/O。XcitePI可以提取芯片PDN模型和I/O互連模型。用戶可以選擇對部分結構或者整個芯片提取模型。模型提取考慮到整個芯片電源網格所有導體的寄生電阻，電容和電感的耦合。XcitePI提取的模型可以進一步用在系統級分析或者芯片-封裝-PCB的協同設計。XcitePI還支持時域和頻域的芯片PDN仿真，評估I/O電源地和信號的性能。
展開 五分鐘看完SiP設計EDA流程
EDA設計工具在SiP實現流程中占有舉足輕重的地位。文章在介紹Cadence 產品的基礎上，同時梳理和補全了業界常用的其他幾大EDA公司的主流SiP設計與仿真工具。供大家參考和學習。
--------設計工具--------
Cadence的Allegro Package Designer Plus，是封裝設計業內的準行業標準工具，可實現WireBond、FlipChip、SiP、Chiplet異構集成，2.5D/3D硅基封裝的設計與驗證。對于SiP系統級封裝產品來說：
01、可實現裸芯，無源器件在基板上的構建，封裝基板的疊構，支持Wirebond金（銅）線設計，HDI微孔結構設計，基板布線設計，及多種類后處理。
02、其基于Constraint Manager的規則設計，提供了一個高可靠性的設計/可制造性/信號完整性一體化平臺。
03、制造方面，提供幾乎所有種類的生產文件如ODB++,Gerber274X等等。
04、與Cadence 自身的Sigrity系列，Celcius系列，Clarity系列仿真軟件無縫集成，軟件內部的模型參數導出工具可將基板參數直接在仿真工具中進行編輯，縮短了仿真驗證前期準備的耗時。
05、其具有的3D編輯器與主流仿真軟件的仿真模型一體化關聯，保證了SiP封裝在2.5D/3D熱仿真，3D力學仿真驗證領域數據的一致性與準確性。
06、支持多用戶在同一界面下完成設計及檢查。
（裸芯疊構示意）
（Wire Bond 設置）
（3D檢查）
在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。
展開 三星明年將成全球首個提供3D SiP的代工廠，3nm 2020年試產
明年三星將提供其3D SiP（系統級封裝）解決方案，使其能夠將各種器件封裝在一個面積很小的三維封裝中。
三星代工廠的3D SiP將成為業界首個用于異構3D SiP的技術之一（目前所有SiP都是2D）。 封裝解決方案將使半導體合約制造商能夠使用完全不同工藝技術制造的元件組裝SiP。
來源：雷鋒網
系統級封裝可靠性的研究現狀及存在問題
但是，由于 SiP 產品結構的特殊性，依照國內現有航天元器件標準已無法對其可靠性進行有效的考核和評價。因此，開展系統級封裝產品的評價標準體系建設，使航天用 SiP 產品從設計、封裝、制造等多領域形成一套完整的可靠性評價體系顯得極為重要與迫切。
3 結論與建議
本文介紹了系統級封裝產品在熱應力、機械應力、電磁干擾等條件下的可靠性研究現狀，概述了 SiP 產品的主要失效機理，分析了航天用 SiP 在可靠性領域存在的問題。根據上述分析，針對我國航天用 SiP 在可靠性領域提出以下建議:
① 以航天重點型號用關鍵元器件的國產化工作為主導，不斷推動 SiP 產品整個產業的自主發展。
② 培養一批既懂 SiP 產品內部結構又懂芯片測試的復合型人才。
③ 深入開展 SiP 的環境試驗、失效分析研究，開發有效的失效定位技術，基于失效機理建立 SiP 的可靠性物理模型。
④ 基于國產航天用 SiP 的內部結構、功能性能、應用環境和失效機理，構建一套完整的航天用 SiP 可靠性評價標準體系。
展開 Si3P 之 integration
直到 SiP（System in Package）概念出現后，封裝內集成技術的春天才真正來到了。從某種程度上，我們可以說，SiP技術是封裝內部的集成的最典型的代表。
真正的SiP技術是什么時間出現的呢？確切的時間確實不好追溯。
在中國，筆者是作為最早參與SiP研發的工程人員。
2009-2010年，我參與了一款SiP項目的研制，該產品主要為了服務航空航天項目中的系統小型化而研發，內部集成了包括SoC, FPGA，SRAM, SDRAM, Flash 等多種芯片，真正成為一個系統。和原型PCB相比，其面積不到原始PCB面積的5%，真正實現了產品小型化，此外該產品性能提升、功耗降低。真正體現了SiP小型化、低功耗、高性能的特點。
國內第一款SiP設計版圖（2010年）
直到今天，這款產品依然在某些國家重點部門得到廣泛應用。
在SiP技術出現后，商業公司很少明確表明他們是否采用SiP技術，所以SiP并不為大眾所知曉，只是在相關技術人員中間討論和流傳。
直到2014 年 9 月，蘋果推出了萬眾期待的 Apple Watch，明確提出采用了SiP技術，SiP技術開始一下子變得炙手可熱，很多大公司紛紛表示向SiP技術進軍。
基于SiP的概念和思路，新的概念和技術層出不窮，例如FOWLP，InFO，CoWos，HBM，HMC，Wide-IO，AiP，Chiplet，Cavity，Die stack，Heterogeneous…... 等等，請不要讓這些字眼弄花了你的眼睛，這些技術總歸都是基于不同的工藝和技術，為了實現在封裝內的集成。
包括OSAT，Foundry，系統廠商都開始關注SiP技術并積極展開研發和應用。
展開 新封裝、新材料、新架構驅動后摩爾時代集成電路發展
1.新封裝領域，3D 封裝、SiP（System In a Package，系統級封裝）已實現規模商用，以 SiP等先進封裝為基礎的 Chiplet 模式未來市場規模有望快速增長，目前臺積電、AMD、Intel 等廠商已紛紛推出基于 Chiplet 的解決方案。
2.新材料領域，隨著 5G、新能源汽車等產業的發展，硅難以滿足對高頻、高功率、高壓的需求以 GaAs、GaN、SiC 為代表的第二代和第三代半導體迎來發展契機。
3.新架構領域，以 RISC-V 為代表的開放指令集將取代傳統芯片設計模式，更高效應對快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。為應對大數據、人工智能等高算力的應用要求，AI NPU 興起。存內計算架構將數據存儲單元和計算單元融合為一體，能顯著減少數據搬運，極大地提高計算并行度和能效。長期來看，量子、光子、類腦計算也有望取得突破。
新封裝：提高效率、降低成本，先進封裝前景廣闊
隨著節點縮小，工藝變得越來越復雜且昂貴，在經典平面縮放耗盡了現有技術資源、應用又要求集成更加靈活和多樣化的今天，若在芯片中還想“塞進更多元件”，就必須擴展到立體三維，從異構集成(HI)中找出路。
SiP 優勢顯著，是超越摩爾定律的必然選擇路徑。受限于摩爾定律的極限，單位面積可集成的元件數量越來越接近物理極限。而 SiP 封裝技術能實現更高的集成度，組合的系統具有更優的性能，是超越摩爾定律的必然選擇路徑。相比 SOC：
（1）SiP 技術集成度更高，但研發周期反而更短。SiP技術能減少芯片的重復封裝，降低布局與排線難度，縮短研發周期。采用芯片堆疊的 3D SiP 封裝，能降低 PCB 板的使用量，節省內部空間。例如：iPhone7 PLUS 中采用了約 15 處不同類型的 SiP工藝，為手機內部節省空間。
展開 IT/CAD與EDA平臺解決方案
作為替代方案，SiP(System in Package) 卻顯得經濟實惠。和 SoC 不同，SiP 是購買其它公司已經封裝完成的 IC，如此就減少了 IP 授權這一步，明顯減少設計成本。而且，因為是各自獨立的IC，相互間的干擾也會大幅降低。最后在投放市場方面，因為減少了很多前端晶圓制造的需要， 所以能夠明顯縮短產品上市時間。
SiP優勢
當前SiP的發展中有一個主要的對比產品是原來的 PCB 板件產品，即將以前在 PCB 板件上實現的功能現在縮小到 SiP 級別實現，從而達到小型化高集成度的目標。
作為對比，SiP 有以下幾個優勢：
SiP模塊的面積、體積有效減小，使PCB板面積大大減小；
從板級電路變成一顆SiP模塊，面積減小，抗振動能力顯著提升； 大幅降低開發成本；
縮短產品研發周期，使產品迅速占領市場；
將不同工藝的數字/射頻/IPD/MEMS/功能芯片在同一封裝體內實現復合功能；
SiP技術可以更好的保護知識產權。SiP 將多個芯片和器件塑封在一個封裝尺寸內，從物理結構方面將很難被破解；
內部互聯線變短，芯片和芯片之間取消封裝引腳，取而代之的是鍵合線及基板上的導線，寄生電容、電阻、 電感數量級減小，因此功耗、傳輸延時也會隨之降低，顯著地提升了電路的電性能；
傳輸路徑變短，對外產生的干擾也相對減小，可降低噪聲和EMI問題。
SiP設計仿真流程
元器件選型
收集裸芯片相關資料，管腳定義、物理尺寸、采購問題等，進行元器件選型。SiP 設計中元器件選取原則為：選擇高可靠性器件，盡量選用裸片，在無裸芯片滿足需求的情況下，采用成品電路進行評估。
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