系統級封裝SiP焊錫膏清洗劑合明科技分享：系統級封裝（SiP）在5G和IOT時代的新機遇

系統級封裝SiP焊錫膏清洗劑合明科技分享：系統級封裝（SiP）在5G和IOT時代的新機遇

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部分手機廠商已發布成品機型，但5G功能的實現對手機“輕薄”外觀帶來明顯挑戰，甚至功耗也不容小覷。早在2018年8月聯想就已發布5G手機MOTOZ3，但其5G功能依賴掛載于手機背部、且自帶2000mAh電池的5G模塊。今年2月底三星正式發布5G版S10，時隔不久華為也于3月正式發布折疊屏5G手機MateX，其中華為MateX由于機身展開厚度僅5.4mm，最后只能將徠卡三攝、5G基帶以及4組5G天線放置在側邊凸起。從以上幾款手機來看，5G功能的實現還是對手機的“輕薄”外觀提出了明顯的挑戰，甚至功耗也不容小覷。

功能整合形成系統級芯片SoC和系統級封裝SiP兩大主流。兩者目標都是在同一產品中實現多種系統功能的高度整合，其中SoC從設計和制造工藝的角度，借助傳統摩爾定律驅動下的半導體芯片制程工藝，將一個系統所需功能組件整合到一塊芯片，而SiP則從封裝和組裝的角度，借助后段先進封裝和高精度SMT工藝，將不同集成電路工藝制造的若干裸芯片和微型無源器件集成到同一個小型基板，并形成具有系統功能的高性能微型組件。

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封裝技術能實現較高的集成度，組合的系統具有較優的性能，是超越摩爾定律的必然選擇路徑。

相比SOC，（1）SiP技術集成度高，但研發周期反而短。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3DSiP封裝，能降低PCB板的使用量，節省內部空間。例如：iPhone7PLUS中采用了約15處不同類型的SiP工藝，為手機內部節省空間。SiP工藝適用于更新周期短的通訊及消費級產品市場。（2）SiP能解決異質（Si，GaAs）集成問題。手機射頻系統的不同零部件往往采用不同材料和工藝，如：硅，硅鍺（SiGe）和砷化鎵（GaAs）以及其它無源元件。目前的技術還不能將這些不同工藝技術制造的零部件制作在一塊硅單晶芯片上。但是采用SiP工藝卻可以應用表面貼裝技術SMT集成硅和砷化鎵裸芯片，還可以采用嵌入式無源元件，非常經濟有效地制成高性能RF系統。光電器件、MEMS等特殊工藝器件的微小化也將大量應用SiP工藝。

5G的頻段分為Sub-6和毫米波兩個部分，Sub-6部分信號的性能與LTE信號較為相似，射頻器件的差異主要在于數量的增加，毫米波部分則帶來射頻結構的革命性變化。SiP技術將在5G手機中應用日益廣泛，發揮日益重要的作用：

• 第一步：5G需要兼容LTE等通信技術，將需要更多的射頻前端SiP模組。

  
  

• 第二步：毫米波天線與射頻前端形成AiP天線模組。

  
  

• 第三步：基帶、數字、內存等許多零部件整合為較大的SiP模組。

由于現在僅僅韓國、北美等少數地區支持毫米波頻段，在三星、華為、小米、Oppo、Vivo等已發布的5G手機中，僅有三星GalaxyS10支持5G毫米波信號。隨著許多地區開始支持毫米波頻段，毫米波將成為5G手機的標配。

通信技術的持續升級推動射頻相關器件的不斷整合，SiP技術的提升為這種高程度的整合提供了技術保障。在2GGMS時代，射頻前端采用分立式技術，天線也置于機身外。單面SiP技術在3GWCDMA時代開始獲得應用，射頻前端中的收發器開始模組化（FEM），功放（PA）仍然獨立存在，天線開始集成到機殼上。在4GLTE時代，射頻器件數量成倍增長，FEM與PA進一步集成，天線也開始采用FPC工藝。在5GSub-6階段，頻段數量20個以上，射頻器件數量繼續增長，先進的雙面SiP獲得運用。在5G毫米波階段，毫米波的波長短，信號容易衰減，天線和PA等射頻前端器件需要盡可能靠近，集成陣列天線和射頻前端的AiP模組將成為主流技術路線。

毫米波手機需要許多的射頻前端和天線：毫米波高頻通信將需要集成3個以上的功放和幾十個濾波器，相比覆蓋低頻模塊僅需集成1-2個功放、濾波器或雙工器在數量上有大幅提升。此外，毫米波通信需要尺寸小、數量多的天線。一般天線長度為無線電波長的1/4，而一旦采用30GHz以上的工作頻段，意味著波長將小于10mm，對應天線尺寸2.5mm，不足4G時代的1/10。同時，由于高頻通信傳播損耗大，覆蓋能力弱，因而將引入更多數量的天線，并通過MIMO技術形成天線陣列以加強覆蓋能力。根據Qrovo預測，單部5G手機的天線數量有望達到10-12個。

為了保障QSiP的順利量產，高通與環旭在2018年2月成立合資公司，以運用環旭及日月光集團在SiP領域的技術積累和量產經驗。2019年3月，華碩發布兩款采用QSiP的手機ZenFoneMaxShot和ZenFoneMaxPlusM2。從拆解圖來看，QSiP確實大幅簡化手機的主板電路設計，并縮小主板面積，為三攝等新功能留下比較充分的空間。

高通在持續拓展自身的產品線以擴大市場空間，已從早期的基帶和應用處理器拓展至射頻前端、電源管理、藍牙、WiFi、指紋識別等豐富的產品線，但不少新產品缺乏突出的競爭力。通過SiP技術高通可以用優勢突出的基帶等芯片捆綁一些弱勢芯片，從而實現各種不同芯片的打包銷售，擴大了自身的市場空間。

蘋果的AppleWatch、AirPods兩大產品銷量持續高增長，在剛過去的2019財年蘋果穿戴式和配件部門營收已高達245億美元，同比增長40%以上。

AppleWatch功能復雜，在較小的空間中集成了近900個零部件，自2015年第一代產品就一直采用SiP工藝。AppleWatch的SiP模組集成AppleWatch的大部分功能器件，包括：CPU、存儲、音頻、觸控、電源管理、WiFi、NFC等30余個獨立功能組件，20多個芯片，800多個元器件，厚度僅為1mm。

AirPods普通版本功能相對簡單，早期沒有采用SiP技術，10月底發布的AirPodsPro具有主動降噪功能，需要集成更多零部件，也采用了SiP技術。我們測算，AirPods有望帶來數十億美元的SiP需求。

合明科技：芯片封裝之SIP、POP、IGBT水基清洗工藝技術淺析

關鍵詞導讀：

SIP系統級芯片封裝、POP堆疊芯片組裝、IGBT功率半導體模塊、精密電子封裝、水基清洗技術

前言

SIP系統級芯片封裝、POP堆疊芯片組裝、IGBT功率半導體模塊工藝制程中，需要用到錫膏、焊膏進行精密的焊接制程，自然在焊接后會存留下錫膏和焊膏的助焊劑殘留物，為了保證器件和組件的電器功能和可靠性技術要求，須將這些助焊劑殘留徹底清除。此類制程非常成熟，也非常有必要。水基清洗在業內得到越來越廣泛的應用，取代原來熟知的溶劑型清洗方式，從而獲得了安全、環保、清潔的工作環境等等。與溶劑型清洗劑清洗精密組件和器件不同，水基清洗劑在業內的認知度還不是很高，掌握度還不是很到位，在此為了給大家提供更好的參考，列舉了水基清洗制程所需要考慮的幾方面重要因素

一、SIP、POP或IGBT精密器件所需要的潔凈度技術指標

首先要關注到所生產的SIP、POP或IGBT精密器件所需要的潔凈度技術指標，根據潔凈度的要求來做清洗的工藝選擇。所從事的產品類別不同，應用場景不同，使用條件和環境不同，對器件潔凈度的要求也有所不同，根據器件的各項技術要求來決定潔凈度指標。包括外觀污染物殘留允許量和表面離子污染度指標水平，才能準確定義器件工藝制程中所要達到的潔凈度要求。避免可能的電化學腐蝕和化學離子遷移失效現象。

二、器件制程工藝所存在的污染物

既然是要清洗制程中的污染物，就需要關注器件制程工藝所存在的污染物，比如：焊膏殘留、錫膏殘留等其他的污染物，評價污染物對器件造成可靠性的影響，比如：電化學腐蝕，化學離子遷移和金屬遷移等等，這樣就能對所有污染物做一個全面的認知，確定哪些污染物需要通過清洗的方式去除，從而保障器件的最終技術要求。污染物可清洗性決定了清洗工藝和設備選擇，免洗錫膏還是水溶性錫膏，錫膏的類型不同，殘留物的可清洗性特征也不同，清洗的工藝方式和清洗劑的選擇也隨之不同。識別和確定SIP、POP、IGBT工藝制程中污染物是做好清洗的重要前提。

三、水基清洗的工藝和設備配置選擇

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。通常會選用批量式清洗工藝和通過式清洗工藝。批量式清洗工藝比較適合產量不太穩定，時有時無，時大時小，品種變化比較多，這樣有利于根據生產線流量配置進行靈活操作，降低設備的消耗和清洗劑的消耗，降低成本而達到工藝技術要求。通過式清洗工藝往往適合產量穩定，批量大，能夠連續不斷的進行清洗流量的安排，實現高速高效率的產品生產，保證清洗質量。根據產品的結構形式和器件材料承受物理力的耐受程度，選擇超聲波工藝方式或噴淋工藝方式。

四、水基清洗劑類型品種和特征的選擇

針對擁有的設備工藝條件和器件潔凈度指標要求，選擇合適的水基清洗劑是我們要考慮的重點。一般來說，水基清洗劑具有很好的安全特征，不可燃，不易揮發，環保特征滿足歐盟REACH環境物資規范要求，達到對大氣人體的安全保障。在此之外，根據工藝，設備條件，所使用的水基清洗劑需要能夠徹底干凈地去除殘留物，同時又能保證在SIP、POP、IGBT組件上所有的金屬材料、化學材料、非金屬材料等物資兼容性要求。用一句通俗的語言來表達，既要把污染物清洗干凈，又要保證物質材料的安全性，無腐蝕，無變色，完全符合器件功能特性要求。

五、小結

SIP、POP、IGBT水基清洗所需要考慮的因素還有許多，具體的工藝參數和選擇涉及面廣且技術關聯性強，在此僅對最重要的部分做簡要闡述，供業內人士參考。

以上一文，僅供參考！

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