1980年代,專門集成電路以標準邏輯門為基本單元,由處理線提供給設計師免費使用,以縮短設計周期:1990年代末進入系統級芯片時代。在芯片上,它包括cpu、dsp、邏輯電路、模擬電路、射頻電路、存儲器和其他電路模塊以及嵌入式軟件,並相互連接,形成完整的系統。
由於系統設計日益復雜,設計行業中已有工廠專門開發具有這些功能的各種集成電路模塊(稱為知識產權核心或IP核心)。這些模塊通過授權提供給其他系統設計人員進行有償使用。設計人員將使用IP核作為設計的基本單元。IP核的重用不僅縮短了系統設計周期,而且提高了系統設計的成功率。
? 研究表明,與由IC構成的系統相比,由於SOC設計能夠綜合考慮整個系統的各種條件,在相同的工藝條件下,可以達到更高的系統指標。21世紀將是SOC技術真正快速發展的時期。
近年來,由於整機的便攜式開發和系統小型化的趨勢,需要在芯片上集成更多不同類型的元件,如Si-CMOSIC,GaAs-RFIC,各種無源元件,光機械設備,天線,連接器。和傳感器等單壹材料和標準工藝的SOC是有限的。近年來,基於SOC快速開發的系統級封裝(SiP)不僅可以在壹個封裝中組裝多個芯片,而且可以堆疊和集成不同類型的器件和電路芯片。復雜,完整的系統。
與SOC相比,SIP具有:
(壹)可以提供更多的新功能;
(2)各工序兼容性好;
(3)靈活性和適應性強;
(4)低成本;
(5)易於分塊測試;
(6)開發周期短等優點。
SOC和SIP互為補充。壹般認為,SOC主要用於更新較慢、對軍事裝備性能要求較高的產品。SIP主要用於更換周期較短的消費品,如手機。SIP的合格率和計算機輔助設計有待進壹步提高。
由於液滴的復雜性,對液滴的設計和工藝技術提出了更高的要求。在設計方面,需要由系統工程師、電路設計、布局設計、矽技術設計、測試和制造等工程師組成的團隊***同努力,以達到最佳的性能、最小的尺寸和最小的成本。首先,采用計算機輔助仿真設計,對芯片、電源和被動組件的參數和布局進行了設計。高密度線路的設計應考慮消除振蕩、過沖、串擾和輻射。考慮散熱和可靠性;選擇襯底材料(包括介電常數、損耗、互連阻抗等);制定線寬、間距和穿孔等設計規則;最後設計主板的布局。
SIP采用了近十年來迅速發展的觸發器焊接互連技術。觸發器焊接互連具有直流電壓低、互連密度高、寄生電感小、熱、電性能好等優點,但成本高於焊絲。SIP的另壹個優點是能夠集成各種無源組件。無源元件在集成電路中的應用日益增多。例如,移動電話中的無源元件與有源元件的比例約為50:1。采用近年來發展起來的低溫***燒多層陶瓷(LTCC)和低溫***燒鐵氧體(LTCF)技術,即在多層陶瓷中集成電阻、電容、電感、濾波器和諧振器等無源元件,就像將有源器件集成到矽片中壹樣。此外,為了提高芯片芯核在封裝中的面積比,采用了兩個以上的芯片疊層結構,並在Z方向上中進行了三維集成。開發了層合芯片之間的超薄柔性絕緣層底板、底板上的銅線、通孔互連和金屬化等新技術。
SIP以其快速進入市場的競爭力、更小、更薄、更輕、更多的功能,在業界得到了廣泛的應用。它的主要應用是射頻/無線應用、移動通信、網絡設備、計算機和外圍設備、數字產品、圖像、生物和MEMS傳感器。
到2010年,SiP的布線密度預計為6000cm / cm 2,熱密度為100W / cm 2,元件密度為5000 / cm 2,I / O密度為3000 / cm 2。系統級封裝設計也正朝著SOC的自動布局和布線等計算機輔助自動化發展。英特爾最先進的SiP技術將五個堆疊式閃存芯片集成到1.0mm超薄封裝中。東芝的SiP目標是將手機的所有功能集成到壹個包中。日本最近預測,如果全球五分之壹的LSI系統采用SiP技術,SiP市場可達到1.2萬億日元。憑借其進入市場的優勢,SiP將在未來幾年內以更快的速度增長。在加快集成電路設計和芯片制造發展的同時,中國應加大系統級封裝的研發力度。