Chất nền IC - Sự khác biệt giữa công nghệ đóng gói IC lưu trữ MCP, SOC, pop và sip

Bao bì đa chip (MCP) từ lâu đã đáp ứng nhu cầu đóng gói nhiều hiệu suất và chức năng hơn trong một không gian nhỏ hơn (PCB). Thật tự nhiên khi mong đợi MCP của bộ nhớ được mở rộng để bao gồm các ASIC như băng cơ sở hoặc bộ xử lý đa phương tiện. Nhưng nó cũng có những khó khăn, cụ thể là chi phí phát triển cao và quyền sở hữu/giảm chi phí. Làm thế nào để giải quyết những vấn đề này? Khái niệm đóng gói IC tầng (POP) đang được chấp nhận rộng rãi trong ngành.

POP (Packaging on Packaging), còn được gọi là các thành phần xếp chồng, còn được gọi là lớp đóng gói. POP là một gói bao gồm hai hoặc nhiều bga (gói mảng lưới bóng) được xếp chồng lên nhau. Thông thường, cấu trúc gói xếp chồng lên nhau của POP sử dụng cấu trúc bóng hàn BGA, tích hợp các thiết bị logic tín hiệu kỹ thuật số hoặc hỗn hợp mật độ cao ở dưới cùng của gói POP để đáp ứng các tính năng của thiết bị logic đa chân. POP là một hình thức đóng gói tích hợp cao mới, chủ yếu được sử dụng trong điện thoại thông minh hiện đại, máy ảnh kỹ thuật số và các sản phẩm điện tử cầm tay khác, đóng một vai trò rất rộng.

MCP là một công nghệ lai xếp các loại chip nhớ hoặc không nhớ khác nhau có kích thước khác nhau theo chiều dọc trong vỏ bọc bọc nhựa. Điều này có thể tiết kiệm không gian cho PCB bảng mạch in nhỏ.

Từ quan điểm kiến trúc, SIP là sự tích hợp của nhiều chip chức năng, bao gồm bộ xử lý, bộ nhớ và các chip chức năng khác vào một gói duy nhất cho phép các chức năng cơ bản và đầy đủ. Từ quan điểm của thiết bị điện tử thiết bị đầu cuối, SIP không chỉ tập trung vào hiệu suất/tiêu thụ điện năng của chính chip, mà còn nhận ra toàn bộ thiết bị điện tử thiết bị đầu cuối ngắn, mỏng, đa chức năng và tiêu thụ điện năng thấp. Với sự gia tăng của các sản phẩm nhẹ như thiết bị di động và thiết bị đeo, nhu cầu về SIP ngày càng rõ ràng.

Khái niệm cơ bản của SoC là tích hợp nhiều thiết bị hơn trên cùng một chip kim loại trần để đạt được mục tiêu giảm kích thước, cải thiện hiệu suất và giảm chi phí. Tuy nhiên, trong thị trường điện thoại di động với vòng đời dự án ngắn và yêu cầu chi phí cao, giải pháp SOC có những hạn chế lớn. Từ quan điểm cấu hình bộ nhớ, các loại bộ nhớ khác nhau đòi hỏi rất nhiều logic và nắm vững các quy tắc và kỹ thuật thiết kế khác nhau có thể rất khó khăn, ảnh hưởng đến thời gian phát triển và tính linh hoạt cần thiết cho các ứng dụng.

SOC và SIP

SOC rất giống với SIP ở chỗ cả hai kết hợp các hệ thống có chứa các thành phần logic, các thành phần bộ nhớ và thậm chí các thành phần thụ động thành một đơn vị duy nhất. Từ quan điểm thiết kế, SOC là sự tích hợp cao của các thành phần cần thiết của hệ thống trên chip. Từ quan điểm đóng gói, SIP là một phương pháp đóng gói cạnh nhau hoặc chồng lên nhau cho các chip khác nhau. Nó là một gói tiêu chuẩn duy nhất tích hợp nhiều linh kiện điện tử hoạt động với các chức năng khác nhau, các thiết bị thụ động tùy chọn và các thiết bị khác như MEMS hoặc quang học cho một số chức năng nhất định.

Về mặt tích hợp, thông thường SoC chỉ tích hợp các hệ thống logic như AP, trong khi SIP tích hợp AP+MobileDR. SIP=SoC+DDR. Với sự tích hợp ngày càng tăng trong tương lai, EMMC có thể sẽ được tích hợp vào SIP. Từ quan điểm phát triển bao bì, SOC đã được thiết lập là trọng tâm và định hướng phát triển của thiết kế điện tử trong tương lai do yêu cầu của các sản phẩm điện tử về khối lượng, tốc độ xử lý hoặc đặc tính điện. Tuy nhiên, với chi phí sản xuất SOC ngày càng tăng và các rào cản kỹ thuật thường xuyên xuất hiện trong những năm gần đây, sự phát triển của SOC phải đối mặt với một nút thắt, do đó làm cho sự phát triển của SIP ngày càng thu hút sự chú ý của ngành.

Con đường phát triển MCP đến POP

Các sản phẩm bộ nhớ kết hợp (Flash+RAM) tích hợp nhiều Flash NOR, NAND và RAM trong một gói được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện thoại di động. Các giải pháp gói đơn này bao gồm gói đa chip (MCP), gói cấp hệ thống (SIP) và mô-đun đa chip (MCM).

Nhu cầu cung cấp nhiều tính năng hơn trong các điện thoại nhỏ hơn là động lực chính cho sự tăng trưởng của MCP, tuy nhiên, phát triển các giải pháp cải thiện hiệu suất trong khi vẫn giữ kích thước nhỏ là một thách thức khó khăn. Không chỉ kích thước là một vấn đề, hiệu suất cũng là một vấn đề, chẳng hạn như sử dụng bộ nhớ MCP với giao diện SDRAM và DDR khi sử dụng chipset băng cơ sở hoặc đồng xử lý đa phương tiện trong điện thoại.

Gói xếp chồng POP là một cách tuyệt vời để thu nhỏ tích hợp cao. Trong các gói xếp chồng, ngoài gói (POP) ngày càng trở nên quan trọng trong ngành đóng gói, đặc biệt là trong các ứng dụng di động, nhờ khả năng xếp các đơn vị logic mật độ cao.

Ưu điểm của POP packaging

1. Thiết bị lưu trữ và thiết bị logic có thể được kiểm tra hoặc thay thế riêng lẻ để đảm bảo sản lượng;

2. Gói POP hai lớp tiết kiệm diện tích bề mặt, không gian dọc lớn hơn cho phép nhiều lớp gói hơn;

3. Trộn DRAM, DDRAMRAM, FLASH và bộ vi xử lý dọc theo PCB theo chiều dọc;

4. Đối với chip của các nhà sản xuất khác nhau, cung cấp tính linh hoạt trong thiết kế, có thể được pha trộn đơn giản với nhau để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, giảm sự phức tạp và chi phí của thiết kế;

5. Hiện tại, công nghệ này có thể được sử dụng để phủ và lắp ráp chip lớp theo hướng thẳng đứng;

6. Kết nối điện với các thiết bị trên cùng và dưới cùng xếp chồng lên nhau đạt được tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, có thể đối phó với kết nối tốc độ cao giữa các thiết bị logic và thiết bị lưu trữ