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激光在集成电路系统级封装中能做什么?

更新时间:2020-08-15 09:22:01
  

集成电路系统级封装是怎么回事儿?
系统级封装芯片有什么优点,做什么用?
激光在系统级封装中能做什么?
本文通过文字,图片、最新的高端应用案例和视频短片,
对激光在集成电路系统级封装中的应用做全面阐述。
 
 

01  什么是系统级封装(SiP)?

 


1) 传统的三级封装模式
 
电子产品,比如台式电脑,第一级封装是将单颗晶圆晶片封装成单颗独立的集成电路,如CPU、存储器等;第二级封装用这些集成电路插装在印刷电路板上,形成特定功能的板卡,比如内存条、显示驱动卡等,第三级封装是将这些单一功能的板卡插装在主板上,再加上外壳,构成完整功能的系统。
 
图1:电子产品的三级封装
 
2) 系统级封装(SiP)
 
随着封测技术的发展,一个封装体内可以容纳多颗裸晶片,从而使一颗集成电路即可构成完整的系统。这种封装方式就称为系统级封装(System in Package)。
图2:苹果手表S1芯片,内部集成了来自不同供应商的晶片,
构成包括CPU、存储器、显示驱动器全部基本电脑功能,还囊
括Wi-Fi、蓝牙、NFC、FM等通讯功能。
(资料来源:《电子产品世界》2015年9月22日新闻)。
 
系统级封装具有如下优点:
  • 封装密度高,内部寄生电容、寄生电感低,适合高主频运行;
  • 低功耗,使移动终端设备具备更长的待机时间;
  • 新产品开发时,可选用现有大批量供货的各种功能性标准晶片,灵活集成新产品,缩短开发周期,降低产品开发成本和批量供货成本。
 

02  激光在SiP中的应用
 
1) CPS电磁屏蔽
 
如图2所示,SiP模块中集成了Wi-Fi、蓝牙、NFC等射频电路,这些RF器件对周边的CPU、存储器、显示驱动等被动元件造成干扰,必须予以屏蔽。传统的做法是将这些RF器件单独封装,用金属盖子做屏蔽,或用真空溅镀屏蔽,或银浆喷涂屏蔽。
 
图3:金属盖屏蔽,增加了封装体积。
 

图4:真空溅镀整体屏蔽,封装体内部无法同时植入被动元件和RF器件。
 
为了将RF器件和被动元件同时封装到同一个SiP模组中,须将两类器件分区布置,然后在想办法设置隔离金属墙。目前效果最好的制程是封装后沿预设隔离线对封装体开沟槽,在沟槽中灌注银浆,最后做银奖喷涂或真空溅镀金属屏蔽层,如图5。
 

图5:隔仓屏蔽(Compartment Shielding)工艺
 
开沟槽的最佳手段是激光,其优点是沟槽窄(窄至100μm)节省面积,位置精度高(≤±10μm),深度可精准控制到基板上预设的屏蔽线表面。
 

图6:高通5G基带芯片采用局部隔仓屏蔽,将被动元件保护起来。
 
图7展示SCM-300型激光开槽机在生产中所开沟槽的实测几何构型。

图7:SCM-300所开沟槽的三维测绘,符合芯片设计要求。
 

视频短片:SCM-300型激光开槽机生产高通5G基带芯片,开槽位置精度≤±10μm,沟槽尺寸精度≤±3μm。
  



2) 立体封装中的激光钻孔
 
为进一步提高封装密度而采用立体封装,方法有双面封装(2.5D)和单面堆叠封装(POP)。
 
下图展示多层堆叠封装的工艺制程,激光钻孔用于层间信号连接。
 

图8:POP立体封装制程
 
双面封装中,芯片基板上预留的I/O触点位置被塑封体覆盖了,因而无法用传统方法制作I/O触点。激光钻孔工艺用来打开封I/O焊盘上方的封装体,再置入锡球,锡球熔融后形成略高于封装体表面的I/O触点阵列。下图示意双面封装中I/O触点制作的工艺流程。


图9:双面封装SiP模组的I/O触点制作流程
 
Dialog公司为移动终端设备设计的一款电源管理器采用了双面封装技术,触点尺寸235微米,触点pitch 300微米,300多个触点,要求钻孔的位置精度≤±10μm;触点共面性要求钻孔的尺寸精度≤±3μm。
 

图10:SCM-322型TMV钻孔机孔型尺寸精度测量
 


图11:SCM-322型TMV钻孔机钻孔位置精度,10.9环!
 
 

视频短片:SCM-322型TMV激光钻孔设备生产双面封装电源管理器模组。



 
3) 板级封装芯片的激光分切
 
SiP芯片多用于移动终端设备,由于紧凑性要求,它的外形通常需要契合产品的外壳形状,因而不是规则的矩形,比如指纹辨识芯片、miniSD卡、SIM卡等,无法用轮刀进行分切。而激光刻切割出任何你需要的形状。
 

视频短片:SCM-320型激光分切机,多料夹自动上料,同轴视觉定位,分切后AOI视觉检测,不良品自动分拣,JEDEC料盘自动收料,满料料盘自动码垛。
 

 
4) 激光局部分切
 
激光分切成本高效率低,而有些产品的边缘大部分是直线,只有局部是异形或曲线,可以先用激光切异形和曲线部分,再用轮刀切直线部分,以提高效率降低成本。
 

图12:用激光和轮刀分别切割miniSD卡
 


视频短片:LCM系列基板激光微加工系统切割miniSD卡,多料夹自动上下料,多激光站并行生产,同轴视觉定位,定位精度≤±20μm,AOI视觉检测,不良品自动分拣。
  



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