陶瓷封裝SiP腔體結構介紹

SiP系統(tǒng)級封裝產品按工藝或材料通常分為：塑料封裝SiP、陶瓷封裝SiP和金屬封裝SiP幾種類型和各自的特點。其中陶瓷封裝SiP也簡稱為陶封SiP，美國航空航天局NASA，歐洲太空局ESA采用的SiP基本上均為陶瓷封裝SiP。目前，國內領先的航空航天和軍工領域的研究所都開始研究和應用SiP技術，他們也不約而同地選擇陶瓷封裝作為首選的SiP產品封裝。

陶封SiP密封性好，散熱性能好，對極限溫度的抵抗性好，容易拆解，便于問題分析，相對于金屬封裝體積小，適合大規(guī)模復雜芯片。有了這些優(yōu)點，陶封SiP確實最適合在極限苛刻環(huán)境中應用的航空航天等軍工領域。在陶封SiP設計中，有一個最明顯的特征就是：陶封SiP中基本都采用了腔體結構。

1 什么是腔體？

在《SiP系統(tǒng)級封裝設計與仿真》一書中，我這樣寫道：“腔體Cavity是在基板上開的一個孔槽，通常不會穿越所有的板層（在特殊情況下的通腔稱之為Contour）。腔體可以是開放式的，也可以是密閉在內層空間的腔體，腔體可以是單級腔體也可以是多級腔體，所謂多級腔體就是在一個腔體的內部再挖腔體，逐級縮小，如同城市中的下沉廣場一樣?！毕聢D是城市中常見的下沉廣場，底部區(qū)域供人們活動，臺階可以當看臺或者坐下休息。

下圖是陶封SiP中常見的腔體結構，底部區(qū)域安裝芯片，多級腔體的臺階上可以放置鍵合指Bond Pad。兩者唯一的區(qū)別就是下沉廣場多為圓形，而陶封SiP中的腔體多為方形，當然也不排除有些項目中采用了圓形腔體。

陶封SiP中常用到的腔體結構

2 陶封SiP為何基本都會采用腔體？

搞明白了腔體的定義后，我們再來看看陶封SiP為何基本都會采用腔體？根據(jù)親自參與的多個陶封SiP實際項目，我總結了一下，大致有以下三種原因：

腔體結構有利于鍵合線的穩(wěn)定性

對于復雜的芯片，常常要采用多層鍵合線，鍵合指的排列經常有3-4排，這樣外層鍵合線就會很長，跨度很大，不利于鍵合線的穩(wěn)定性，而腔體結構則能有效改善這種問題。從下面兩張圖就可以明顯地看出腔體結構大大減小了鍵合線的長度，從而有效地提高了鍵合線的穩(wěn)定性。

腔體結構有利于陶瓷封裝的密封

采用腔體結構的陶瓷基板，芯片和鍵合線均位于腔體內部，只需要用密封蓋板將SiP封裝密封即可。如果無腔體結構，則需要專門焊接金屬框架來抬高蓋板的位置，這樣就多了一道焊接工序，其焊縫的氣密性也需要經過嚴格考核才能達到氣密性要求。

腔體結構有利雙面安裝元器件

現(xiàn)在的SiP復雜程度很高，需要安裝的器件很多，在基板單面經常無法安裝上所有器件，需要雙面安裝器件。這時候，腔體結構也就大有用武之地，通過腔體可以將一部分器件安裝在SiP封裝的底面，在封裝底面外側設計并植上焊接球，如下圖所示。

如果沒有腔體結構，就無法在背面安裝器件，如下圖所示：

如果將器件完全安裝在頂面，不可避免要擴大封裝的面積，和SiP小型化的概念是背道而馳的。

最后，我們來看一款實際的陶瓷封裝SiP項目的Expedition設計截圖：此項目為國內第一款采用雙面腔體的陶封SiP項目，完全在一顆SiP中實現(xiàn)了航天計算機的所有功能，并達到軍品級要求。該項目在世界上也處于領先地位，目前已經成功應用到多個航空、航天等重點工程中。

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