封装内系统（System

封装内系统（System in Package, SiP）
封装内系统（System in Package, SiP）将多个芯⽚、元器件及其互连装配在同⼀个封装体内⽽形成的微系统。

与⽚上系统（SoC）⼀样，SiP也是⼀种微系统的集成⽅式。

但SoC通常只能集成同⼀种⼯艺类型的多个IP核，⽽SiP可以集成不同⼯艺代（如0.13微⽶和90纳⽶）、不同⼯艺类型（如CMOS和锗硅）的多个芯⽚，不仅更加灵活，⽽且设计验证的复杂度低、产品上市时间短。

在同⼀个封装管壳内集成多个芯⽚的⼯作始于上世纪60年代。

⼀开始是把晶体管等有源元件与电阻、电容等⽆源元件安装在基板上，再进⾏封装，称为混合集成电路。

后来⼜把多个集成电路芯⽚及⼀些⽆源元件安装在⾼密度多层互连基板上，再统⼀封装，称为多芯⽚模块（Multi-Chip Module, MCM）。

MCM按其⾼密度互连基板的制造⼯艺可分为3种：①MCM-L，基板是多层层压印制电路板（PCB）；②MCM-C，基板是陶瓷或玻璃瓷，通过⾼温共烧陶瓷法（HTCC）或低温共烧陶瓷法（LTCC）制成；③MCM-D，通过硅或介质材料上的淀积布线形成基板互连。

在计算机领域中较早采⽤MCM来提⾼组装密度、电性能和可靠性的是IBM公司的⼤型机系统。

为了解决组装密度提⾼后带来的散热问题，IBM 3081等⼤型机中还引⼊了热导模块。

IBM近年推出的POWER4/5⾼性能微处理器也采⽤了MCM技术。

与把多个封装好的芯⽚直接安装在PCB上相⽐，MCM在提⾼组装密度上是有明显优势的。

但是，MCM⾥，多个芯⽚是以⼆维⽅式排列在基板上的，如IBM POWER5的MCM⾥，平⾯排列了4个POWER5芯⽚和4个容量为36MB的三级cache芯⽚。

这种⼆维分布芯⽚的形式，限制了封装尺⼨的进⼀步缩⼩。

为了满⾜平板电脑、智能⼿机等设备对元件尺⼨的苛刻要求，出现了芯⽚堆叠式的MCM，即SiP。

因为存储器芯⽚在尺⼨、接⼝等⽅⾯的⼀致性，最早的SiP就是把多个存储器芯⽚堆叠在⼀起再封装起来，形成⼀个容量更⼤但占地⾯积较⼩（也许稍厚⼀点）的部件。

后来，⼜出现了把CPU、DRAM、Flash存储器和其它器件堆叠在⼀起的更⾼效更复杂的SiP。

为了区别于典型的复杂SiP，有时把堆叠少量同种类（如DRAM和Flash存储器）芯⽚的多芯⽚封装称为MCP（Multi-Chip Package）。

通常，MCP内各芯⽚间基本上没有信号传递和数据交换，更像⼀个多芯⽚构成的部件。

⽽典型SiP内各芯⽚间存在较复杂的控制和通信关系，更像⼀个系统或⼦系统。

SiP中芯⽚之间的互连，主要有两种⽅式。

第⼀种⽅式是通过引线键合连接到封装上。

引线键合在集成电路的封装中经常使⽤，⽤在SiP中碰到的难点主要是引线密度的增加，以及芯⽚堆叠时存在的⾼度差。

另⼀种⽅式主要适⽤于倒装⽚（flip chip），即利⽤倒装⽚上的焊球把相邻堆叠的芯⽚直接连接起来。

这种⽅式不仅能提供⼤量的互连，⽽且可通过缩短连线来提⾼性能，但对⼯艺的精密度也要求更⾼了。

通过SiP可以把构成⼀个电⼦系统的不同类型集成电路（如CMOS处理器、DRAM、Flash存储器、光电⼦传感器、锗硅射频电路等）组合到⼀个封装体内。

由于对参于SiP集成的各个芯⽚可先进⾏功能验证和测试，因此SiP器件可达到较⾼的成品率。

基于这样的SiP器件，再添加少量零部件，就可以形成⼀个完整的电⼦系统，这对各类⼿持移动终端来说，是⾮常有吸引⼒的。

由芯⽚堆叠⽽形成的SiP在散热⽅⾯并不具有优势，⽽终端设备⽤的芯⽚普遍具有低功耗的特点，正好适合在SiP集成。

技术和需求的完美契合，⼤⼤促进了SiP的发展。

SiP技术还在发展之中。

主要的发展⽅向包括：集成更多芯⽚、改进芯⽚间的互连、增强散热能⼒、完善设计与测试⽅法、拓宽应⽤领域等。

参考⽂献：
⾦⽟丰、王志平、陈兢编著. 微系统封装技术概论. 北京：科学出版社，2006
(《计算机科学技术百科全书》第三版)。