系統(tǒng)級封裝（system in package，SIP）是一種新型的封裝技術(shù)，在IC封裝領(lǐng)域，SIP是最高級的封裝。在ITRS2005中對SIP的定義是：“SIP是采用任何組合，將多個(gè)具有不同功能的有源電子器件與可選擇的無源元件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件，組裝成為可以提供多種功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)”。對于SIP而言，在單一的模塊內(nèi)需要集成不同的有源芯片和無源元件、非硅器件、MEMS元件甚至光電芯片等，更長遠(yuǎn)的目標(biāo)則考慮在其中集成生物芯片等。目前在無線通訊領(lǐng)域內(nèi)特別是在3G領(lǐng)域內(nèi)，SIP是非常有潛力的技術(shù)。

1. SIP的應(yīng)用

SIP是IC封裝領(lǐng)域的最高端，是一種新型的封裝技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、藍(lán)牙、Wi-Fi和交換機(jī)等無線通訊領(lǐng)域，在汽車電子、醫(yī)療電子、消費(fèi)類電子、軍事電子等領(lǐng)域內(nèi)都有一定的市場。雖然當(dāng)前其份額還不是很大，但已經(jīng)成為一種人們關(guān)注和發(fā)展迅速的封裝技術(shù)。

（1）無線通訊領(lǐng)域

SIP的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，在無線通訊應(yīng)用與研究方面最為突出。特別是在射頻范圍內(nèi)SIP技術(shù)是一種理想的系統(tǒng)解決方案。其中，最早商業(yè)化的SIP模塊電路是手機(jī)中的功率放大器，這類模塊中可集成多頻功放、功率控制及收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)等功能。

（2）汽車電子

目前，SIP技術(shù)已經(jīng)在汽車電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)、汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)、燃油噴射控制系統(tǒng)、安全氣囊電子系統(tǒng)、方向盤控制系統(tǒng)、輪胎低氣壓報(bào)警系統(tǒng)等。此外，SIP技術(shù)在快速增長的車載辦公系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)中也獲得了成功的應(yīng)用。

Atmel公司用于遙控車門開關(guān)(RKE)應(yīng)用的射頻發(fā)射器ATA577X系列，作為系統(tǒng)級封裝解決方案，同時(shí)采用了Atmel知名的AVR微控制器ATtiny44V和射頻發(fā)射器T5750/53/54。這一新的產(chǎn)品系列覆蓋所有全球頻段（ATA5773:315MHz，ATA5774:433MHz，ATA5771:868至928MHz）。小巧型QFN24封裝（尺寸僅為5mm×5mm）可支持以極具競爭力的成本設(shè)計(jì)制作極小的鑰匙扣。

三洋公司將SIP技術(shù)成功地應(yīng)用于ECU產(chǎn)品中，其ECU產(chǎn)品集成封裝了3個(gè)CPU、1個(gè)VLSI、44個(gè)小信號功率器件、133個(gè)阻容元件。與原先結(jié)構(gòu)相比較，體積減少了67%、重量減少了60%，可靠性有了明顯提高。

（3）醫(yī)療電子

醫(yī)療電子注重產(chǎn)品的可靠性、尺寸、功能和壽命，如何在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能和更好的性能是其面臨的經(jīng)典問題。在醫(yī)療電子領(lǐng)域，SIP的典型應(yīng)用產(chǎn)品主要為可植入式電子醫(yī)療器件，如心臟起博器、心臟除顫器、輸藥泵、助聽器等。當(dāng)人體心臟持續(xù)快速跳動(dòng)或電子脈沖紊亂時(shí)，醫(yī)學(xué)上稱之為心臟纖維性顫動(dòng)，心臟除顫器可以及時(shí)產(chǎn)生高壓脈沖對心臟進(jìn)行電擊，從而消除心臟纖維性顫動(dòng)，使心律恢復(fù)正常。Valtronic SA使用折疊理念，將邏輯電路、存儲器和無源組件結(jié)合到單獨(dú)的SIP中，應(yīng)用于助聽器和心臟起博器。

（4）計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用方面，往往要求將ASIC或微控制器和存儲器集成在一起。例如在PC中的圖形處理模塊內(nèi)，通常包括圖形控制IC和兩片SDRAM。現(xiàn)在絕大多數(shù)圖形處理模塊在生產(chǎn)中都采用標(biāo)準(zhǔn)的塑封焊球陣列多芯片組件方式封裝。這種方式從封裝角度考慮成本低，但對于存儲器卻不合適。因?yàn)镾DRAM器件需要100%地進(jìn)行動(dòng)態(tài)老化。SIP減少了母板布線層數(shù)和復(fù)雜性，同時(shí)提高了母板的空間利用率，可在有限的空間中集成更多的功能塊。

（5）消費(fèi)類電子

消費(fèi)類電子產(chǎn)品是SIP的主導(dǎo)產(chǎn)品，應(yīng)用對象主要包括數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、筆記本電腦、PDA、掌上游戲機(jī)、MP3、MP4以及各種玩具等。三星電子公司采用SIP技術(shù)開發(fā)出業(yè)界第一個(gè)集ARM處理器、NAND閃存和SDRAM于一體的組件，其在單一封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，將基于ARM的應(yīng)用處理器芯片、256兆字節(jié)NAND閃存芯片和256兆字節(jié)SDRAM內(nèi)存芯片垂直疊裝在一起，尺寸僅為17×17×1.4mm，明顯地減小了產(chǎn)品外形尺寸，使得掌上電腦和智能手機(jī)設(shè)計(jì)人員可以靈活地創(chuàng)造出支持多媒體等先進(jìn)功能的更加小巧的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

圖像傳感器是數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、攝像頭、玩具等電子產(chǎn)品的核心器件，其通過光電轉(zhuǎn)換，將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后實(shí)現(xiàn)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(xué)二極管陣列、非晶硅傳感器等，SIP技術(shù)無疑是一種理想的封裝技術(shù)解決方案。   

藍(lán)牙系統(tǒng)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(shù)可以使藍(lán)牙做得越來越小迎合了市場的需求，從而大力推動(dòng)了藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用。例如，藍(lán)牙半導(dǎo)體解決方案BGB202系統(tǒng)級封裝，為移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員帶來了真正意義上的技術(shù)突破，它在一個(gè)封裝內(nèi)集成了多種技術(shù)，將整體藍(lán)牙解決方案的尺寸降低到56。BGB202是對面市的BGB102 RF SIP的改進(jìn)，它在一個(gè)超小型封裝內(nèi)集成了藍(lán)牙無線技術(shù)功能所需的全部元件(無線電、基帶、ROM、濾波器及其它分立元件)。

(6)軍事電子技術(shù)

軍事電子產(chǎn)品具有高性能、小型化、多品種和小批量等特點(diǎn)，SIP技術(shù)順應(yīng)了軍事電子的應(yīng)用需求，因此在這一技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。SIP產(chǎn)品涉及衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、巨型計(jì)算機(jī)等軍事裝備，最具典型性的應(yīng)用產(chǎn)品是各種頻段的T/R組件。

T/R模塊是整機(jī)最關(guān)鍵最基本的單元，縮小整機(jī)體積必然要從縮小每個(gè)T/R模塊的體積入手，SIP技術(shù)的出現(xiàn)無疑能大大加快T/R模塊小型化進(jìn)程。在現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)中，相控陣?yán)走_(dá)，特別是有源相控陣?yán)走_(dá)占有十分重要的地位，其中T/R組件是整個(gè)雷達(dá)的關(guān)鍵部件之一。T/R組件的研制成本、穩(wěn)定性和可靠性決定了整個(gè)雷達(dá)研制的周期、造價(jià)和可靠性指標(biāo)，因此T/R組件的設(shè)計(jì)成為各雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前最常用的T/R組件由發(fā)射(T)通道、接收(R)通道和公用通道組成。例如，三菱電氣公司研制采用SIP技術(shù)的TR組件構(gòu)成的OPS-24有源多功能相控陣?yán)走_(dá)。

Westinghouse公司采用SIP技術(shù)生產(chǎn)制作了F22戰(zhàn)斗機(jī)的x波段T/R組件，該SIP產(chǎn)品由8個(gè)GaAs MMIC芯片、4個(gè)GaAs數(shù)控接口芯片、若干個(gè)功放匹配網(wǎng)絡(luò)以及RF旁路電容等構(gòu)成，互連電路基板為LTCC多層基板，其內(nèi)部含有22層布線以及多種形狀復(fù)雜的空腔結(jié)構(gòu)，線寬/間距均為125微米，與原先的分立模塊相比較，體積和重量縮小了數(shù)十倍。

Huges公司利用SIP技術(shù)研制出4通道x波段有源相控陣?yán)走_(dá)T/R組件，4塊A1N共燒多層陶瓷基板疊裝成1個(gè)三維疊層封裝結(jié)構(gòu)，面積僅為32mm×32mm，與原先結(jié)構(gòu)產(chǎn)品相比較，體積減小了86%，殼溫低于125℃，產(chǎn)品可靠性得以明顯的提高。

2. 系統(tǒng)級封裝技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

系統(tǒng)級封裝是一種新型的綜合技術(shù)，囊括了材料、工藝、電路、器件、半導(dǎo)體、封裝、測試等技術(shù)。這意味這項(xiàng)新的技術(shù)在成長的過程中要面臨很多困難和挑戰(zhàn)，例如微晶片減薄是SIP增長所要面對的重大技術(shù)挑戰(zhàn)�，F(xiàn)在的技術(shù)可處理厚度為50微米，如果進(jìn)一步減薄，對于自動(dòng)設(shè)備來說將產(chǎn)生問題：晶片變得過于脆弱，因此更加易碎。此外，從微晶片到微晶片的電子“穿孔”效應(yīng)將損毀芯片的性能。

另一挑戰(zhàn)是LSI自由組合的技術(shù)問題。SIP中使用的LSI必須是KGD（known good die），即經(jīng)過良品篩選的“確認(rèn)好的芯片”。但是，大部分LSI廠家還未形成向用戶提供KGD的體制。這說明并不是簡單的將LSI芯片集合在一起，經(jīng)封裝即可使用的，而是受到諸多因素的制約。此外，還有SIP的發(fā)熱問題、設(shè)計(jì)能簡單化問題、如何處理界面不同等難題。

事實(shí)上，系統(tǒng)級封裝不僅是封裝領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)，它對整個(gè)電子制造業(yè)都會產(chǎn)生積極影響。主要反映在三個(gè)方面：
（1）系統(tǒng)級封裝本身促進(jìn)電子制造技術(shù)進(jìn)步；
（2）帶動(dòng)相關(guān)制造裝備開發(fā)；
（3）促進(jìn)材料與電子系統(tǒng)共性技術(shù)發(fā)展；系統(tǒng)級封裝以電子系統(tǒng)小型化、高性能、多功能、高可靠性和低成本為目的。它要求IC不封裝，盡可能裸片，因而促進(jìn)了WLP和CSP的發(fā)展；它要求數(shù)字電路、模擬電路和射頻電路集成在一個(gè)基板上，促進(jìn)了設(shè)計(jì)方法與工具、基板工藝的發(fā)展；埋入無源元件促進(jìn)了功能材料的發(fā)展；光學(xué)系統(tǒng)的集成促進(jìn)了光學(xué)元件、材料與組裝技術(shù)的發(fā)展；射頻前端集成促進(jìn)低損耗介質(zhì)和磁性介質(zhì)的開發(fā)和使用等。而這些技術(shù)并非只是系統(tǒng)級封裝所要求的技術(shù)，事實(shí)上，它們是電子制造業(yè)的共性技術(shù)，它們的發(fā)展與提高必定促進(jìn)電子制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

有人說系統(tǒng)級封裝只是一個(gè)概念，不是一個(gè)產(chǎn)品或技術(shù)。從某種意義上說，這是對的。系統(tǒng)級封裝可以理解為是一個(gè)目標(biāo)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們必須面對所有的挑戰(zhàn)，克服所有的困難。在這個(gè)過程中的每一個(gè)進(jìn)步其實(shí)就是現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步，由于是共性技術(shù)，就可立即用于現(xiàn)今的生產(chǎn)。總體來看，就是電子行業(yè)的進(jìn)步。