前言：
隨著物聯網時代來臨，全球終端電子產品漸漸走向多功能整合及低功耗設計，因而使得可將多顆裸晶整合在單一封裝中的SIP技術日益受到關注。除了既有的封測大廠積極擴大SIP製造產能外，晶圓代工業者與IC基板廠也競相投入此一技術，以滿足市場需求。
早前，蘋果發布了最新的apple watch手錶，裡面用到SIP封裝晶片，從尺寸和性能上為新手錶增色不少。而晶片發展從一味追求功耗下降及性能提升(摩爾定律)，轉向更加務實的滿足市場的需求(超越摩爾定律)。
本文從五個方面來剖析SIP封裝工藝，從而讓大家看懂SIP封裝的真正用途。
一、SIP產品封裝介紹
什麼是SIP?
SiP模組是一個功能齊全的子系統，它將一個或多個IC晶片及被動元件整合在一個封裝中。此IC晶片(採用不同的技術：CMOS、BiCMOS、GaAs等)是Wire bonding晶片或Flipchip晶片，貼裝在Leadfream、Substrate或LTCC基板上。被動元器件如RLC及濾波器(SAW/BAW/Balun等)以分離式被動元件、整合性被動元件或嵌入式被動元件的方式整合在一個模組中。
什麼情況下採用SIP ?
當產品功能越來越多，同時電路板空間布局受限，無法再設計更多元件和電路時，設計者會將此PCB板功能連帶各種有源或無源元件集成在一種IC晶片上，以完成對整個產品的設計，即SIP應用。
SIP優點
1、尺寸小
在相同的功能上，SIP模組將多種晶片集成在一起，相對獨立封裝的IC更能節省PCB的空間。
2、時間快
SIP模組板身是一個系統或子系統，用在更大的系統中，調試階段能更快的完成預測及預審。
3、成本低
SIP模組價格雖比單個零件昂貴，然而PCB空間縮小，低故障率、低測試成本及簡化系統設計，使總體成本減少。
4、高生產效率
通過SIP裡整合分離被動元件，降低不良率，從而提高整體產品的成品率。模組採用高階的IC封裝工藝，減少系統故障率。
5、簡化系統設計
SIP將複雜的電路融入模組中，降低PCB電路設計的複雜性。SIP模組提供快速更換功能，讓系統設計人員輕易加入所需功能。
6、簡化系統測試
SIP模組出貨前已經過測試，減少整機系統測試時間。
7、簡化物流管理
SIP模組能夠減少倉庫備料的項目及數量，簡化生產的步驟。
SIP工藝流程劃分
SIP封裝製程按照晶片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝焊兩種。
引線鍵合封裝工藝
倒裝焊工藝流程
引線鍵合封裝工藝所需原料和設備
引線封裝工藝產品結構
倒裝工藝產品結構
SIP導入流程
二、SIP工藝解析
引線鍵合封裝工藝工序介紹
圓片減薄
為保持一定的可操持性，Foundry出來的圓厚度一般在700um左右。封測廠必須將其研磨減薄，才適用於切割、組裝，一般需要研磨到200um左右，一些疊die結構的memory封裝則需研磨到50um以下。
圓片切割
圓片減薄後，可以進行劃片，劃片前需要將晶元粘貼在藍膜上，通過sawwing工序，將wafer切成一個 一個 獨立的Dice。目前主要有兩種方式：刀片切割和雷射切割。
晶片粘結
貼裝的方式可以是用軟焊料(指Pb-Sn合金，尤其是含Sn的合金)、Au—Si低共熔合金等焊接到基板上，在塑料封裝中最常用的方法是使用聚合物粘結劑粘貼到金屬框架上。
引線鍵合
在塑料封裝中使用的引線主要是金線，其直徑一般0.025mm～0.032mm。引線的長度常在1.5mm～3mm之間，而弧圈的高度可比晶片所在平面高0.75mm。鍵合技術有熱壓焊、熱超聲焊等。
等離子清洗
清洗的重要作用之一是提高膜的附著力。等離子體處理後的基體表面，會留下一層含氯化物的灰色物質，可用溶液去掉。同時清洗也有利於改善表面黏著性。
液態密封劑灌封
將已貼裝好晶片並完成引線鍵合的框架帶置於模具中，將塑封料的預成型塊在預熱爐中加熱，並進行注塑。
裝配焊料球
目前業內採用的植球方法有兩種：「錫膏」+「錫球」和「助焊膏」+「錫球」。
(1)「錫膏」+「錫球」
具體做法就是先把錫膏印刷到BGA的焊盤上，再用植球機或絲網印刷在上面加上一定大小的錫球。
(2)「助焊膏」+「錫球」
「助焊膏」+「錫球」是用助焊膏來代替錫膏的角色。
表面打標
打標就是在封裝模塊的頂表面印上去不掉的、字跡清楚的字母和標識，包括製造商的信息、國家、器件代碼等，主要介紹雷射印碼。
分離
為了提高生產效率和節約材料，大多數SIP的組裝工作都是以陣列組合的方式進行，在完成模塑與測試工序以後進行劃分，分割成為單個的器件。劃分分割主要採用衝壓工藝。
測試
它利用測試設備(Testing Equipment)以及自動分選器(Handler)，測定封裝IC的電氣特性，把良品、不良品區分開來;對某些產品，還要根據測試結果進行良品的分級。
測試按功能可分為DC測試(直流特性)、AC測試(交流特性或timing特性)及FT測試(邏輯功能測試)三大類。同時還有一些輔助工序，如BT老化、插入、拔出、實裝測試、電容充放電測試等。
包裝
主要目的是保證運輸過程中的產品安全，及長期存放時的產品可靠性。
對包裝材料的強度、重量、溫溼度特性、抗靜電性能都有一定的要求。主要材料有Tray盤，抗靜電袋，乾燥劑、溼度卡，紙箱等。包裝完畢後，直接入庫或按照要求裝箱後直接發貨給客戶。
倒裝焊封裝工藝工序介紹
焊盤再分布
為了增加引線間距並滿足倒裝焊工藝的要求，需要對晶片的引線進行再分布。
製作凸點
焊盤再分布完成之後，需要在晶片上的焊盤添加凸點，焊料凸點製作技術可採用電鍍法、化學鍍法、蒸發法、置球法和焊膏印盡4法。目前仍以電鍍法最為廣泛，其次是焊膏印刷法。
電鍍法添加焊料凸點的工藝流程
印刷法添加焊料凸點的工藝流程
倒裝鍵合、下填充
在整個晶片鍵合表面按柵陣形狀布置好焊料凸點後，晶片以倒扣方式安裝在封裝基板上，通過凸點與基板上的焊盤實現電氣連接，取代了WB和TAB在周邊布置端子的連接方式。倒裝鍵合完畢後，在晶片與基板間用環氧樹脂進行填充，可以減少施加在凸點上的熱應力和機械應力，比不進行填充的可靠性提高了l到2個數量級。
其他工序與引線鍵合工藝工序一致
三、SMT生產工藝挑戰
元件小型化
0201 Chip元件逐步淘汰
隨著產品集成化程度越來越高，產品小型化趨勢不可避免，因此0201元件在晶片級製造領域受到微型化發展趨勢，將被逐步淘汰。
01005 Chip元件普及
隨著蘋果i-watch的面世，SIP的空間設計受到挑戰，伴隨蘋果，三星等行動裝置的高標要求，01005 chip元件開始普遍應用在晶片級製造領域。
公制0201 Chip元件開始推廣
SIP工藝的發展，要求元件板身必須小型化，隨著集成的功能越來越多，PCB承載的功能將逐步轉移到SIP晶片上，這就要求SIP在滿足功能的前提下，還能降尺寸控制在合理範圍，由此催生出0201元件的推廣與應用。
元件密集化
Chip元件密集化
隨著SIP元件的推廣，SIP封裝所需元件數量和種類越來越多，在尺寸受限或不變的前提下，要求單位面積內元件密集程度必須增加。
貼片精度高精化
SIP板身元件尺寸小，密度高，數量多，傳統貼片機配置難以滿足其貼片要求，因此需要精度更高的貼片設備，才能滿足其工藝要求。
工藝要求越來越趨於極限化
SIP工藝板身就是系統集成化的結晶，但是隨著元件小型化和布局的密集化程度越來越高，勢必度傳統工藝提出挑戰，印刷，貼片，回流面臨前所未有的工藝挑戰，因此需要工藝管控界限向著6 Sigma靠近，以提高良率。
異形元件處理
Socket / 層疊型等異形元件
因可攜式產品的不斷發展，功能集成越來越多，勢必要求在原SIP工藝基礎上，增加更多功能模塊，傳統的電容電阻已無法滿足多功能集成化要求，因此需要引入異形元件進行擴展，因此如何在精密化的集成基板上，進行異形元件的貼裝，給工藝帶來不小挑戰，這就要求設備精度高，穩定性好，處理更智能化方可滿足。
成本
前期投入大，回報周期長，工藝複雜，人工成本高，產品良率低，耗損大。需要大型，穩定，利潤率較大的項目方能支撐SIP技術的持續運行。
四、SIP發展趨勢
多樣化，複雜化，密集化
SIP集成化越來越複雜，元件種類越來越多
球間距越來越小，開始採用銅柱代替錫球。
多功能化，技術前沿化，低成本化
新技術，多功能應用最前沿
工藝成熟，成板下降
五、工藝難點
清洗
定製清洗設備、清洗溶液要求、清洗參數驗證、清洗標準制定
植球
植球設備選擇、植球球徑要求、球體共面性檢查、BGA測試、助焊劑殘留要求
結論：
SIP技術是一項先進的系統集成和封裝技術，與其它封裝技術相比較，SIP技術具有一系列獨特的技術優勢，滿足了當今電子產品更輕、更小和更薄的發展需求，在微電子領域具有廣闊的應用市場和發展前景。。此外，國際上至今尚沒有制定出SIP技術的統一標準，在一定程度妨礙了SIP技術的推廣應用。由此可見，未來SIP技術的發展還面臨著一系列的問題和挑戰，有待於軟體、IC、封裝、材料和設備等專業廠家密切合作，共同發展和提升SIP技術。