基于SiP技术的微系统----前言

前言

电子系统集成主要分为三个层次：片上集成、封装内集成和PCB板级集成。

1958年，杰克·基尔比 (Jack Kilby) 发明了地球上第一个集成电路，其中包含五个组件。从此，片上集成开始了。六十年后，一平方毫米的芯片面积上可以集成超过一亿个晶体管，单芯片上的晶体管数量已达到百亿数量级。随着晶体管特征尺寸向 1 nm 发展，芯片上的集成变得难以继续，摩尔定律将结束。

1936年，Paul Eisler发明了世界上第一块PCB，其主要目的也是为了集成。如今，PCB上的布线密度和组装密度逐渐趋于极限，多年来一直没有明显改善。而且，由于芯片封装尺寸的影响，PCB上器件组装的密度很难持续提高。

1947年，第一个电子套件出现。与IC、PCB不同，封装最初并没有集成的概念。其主要目的是芯片保护、规模放大和电气互连，那时几乎所有封装都是单芯片封装。直到40多年后的20世纪80年代，封装中才开始出现集成的概念，其中最有代表性的是MCM（多芯片模块）。随着封装内集成规模的扩大、功能的增强以及3D集成技术的应用，SiP（系统级封装）技术的概念出现并逐渐被人们接受和广泛应用。

现代电子产品先进性的重要指标是在更小的空间内集成更多的功能，即具有更高的功能密度。如今，芯片上和PCB上的集成由于技术原因已经不可持续，但封装内的集成具有广阔的空间和灵活的实现方式。这是SiP和先进封装技术近年来备受关注的主要原因。

SiP不仅是一个封装，更是一个系统，需要对SiP有更系统的了解。SiP实现的系统规模相对较小，因此我们可以将其称为MicroSystem，这也是本书名称的由来。

笔者从事SiP技术的研究、SiP项目的研发和技术支持约15年，参与过国内数十个SiP产品的开发。在参与这些项目的过程中，笔者了解到越来越多的技术人员迫切需要SiP设计、仿真和验证。设计人员希望他们的SiP 项目取得成功，因此迫切需要一本全面的 SiP 技术指南。这就是我们写这本书的原因。

全书分为概念与技术、设计与仿真、项目与案例三大部分，共30章。

第一部分和第二部分均由Suny Li（李阳）撰写。第三部分由不同的作者撰写。本书所有手稿最终均由Suny Li审阅并定稿。

第一部分 概念与技术

针对SiP和先进封装技术的发展，以及作者多年的经验，对SiP及相关技术提出了全新的想法和独创的概念，内容涵盖了SiP的介绍和最新的技术。先进封装技术，包括五章。

· 第1章：从摩尔定律到函数密度定律。作者提出了一个新的独创概念：函数密度定律，并阐述了电子系统的层次划分。

· 第二章：从SiP到Si 3 P。在全面理解SiP概念的基础上，作者提出了一个新的概念和思路：Si 3 P，并对Si 3 P进行了详细解释。

· 第3章：SiP 技术和微系统。描述SiP和MicroSystem之间的关系，以及SiP对MicroSystem概念发展的影响。

· 第4章：从2D 到4D 集成。介绍电子集成技术的概念和演变，涵盖各种集成 (5 + 2)，并对它们进行定义和分类。

· 第5章：SiP 和先进封装技术。介绍SiP相关的基板技术和集成技术，并介绍当今最流行的先进封装技术类型。

第二部分设计与仿真

基于最新的EDA软件平台，第二部分描述了SiP和HDAP的设计、仿真和验证方法，包括Wire Bonding、Cavity、Chip Stack、2.5D TSV、3D TSV、RDL、Fan-的设计。输入、扇出、倒装芯片、分立嵌入式技术、平面嵌入式无源、射频、刚柔结合、4D SiP、多层布局项目和多人并行设计，以及SiP和HDAP的各种仿真方法、电气和物理验证，共16章。各章具体内容如下：

· 第6章：SiP设计、仿真与验证平台。介绍一般SiP设计流程、基于先进封装的SiP设计流程以及SiP仿真和验证流程。

· 第7章：中央图书馆的创建和管理。介绍Symbols、Cell、Part的创建方法以及中心库的维护和管理。

· 第8章：SiP 原理图设计输入。介绍SiP原理图设计、审查以及数据输入和输出。

· 第9章：布局创建和设置。介绍各种类型SiP版图创建，包括有机基板、陶瓷基板、硅基板、版图设计环境设置和操作，以及版图中的元件放置和网络优化方法。

· 第10章：设计规则的管理。介绍了SiP项目中的设计规则管理以及典型的设计规则设置。

· 第11章：引线接合设计详细信息。介绍 Bond Wire 模型定义、参数设置以及详细的 Wire Bonding 设计方法和技术。

· 第12章：腔体Cavity、芯片堆叠和TSV 设计。介绍了Cavity和Die Stack的概念、定义和设计方法，以及2.5D TSV和3D TSV的概念和详细设计方法。

· 第13章：RDL 和倒装芯片设计。介绍RDL、Fan-In、Fan-Out的概念和应用以及RDL和Flip Chip的设计方法。

· 第14章：布局布线。介绍SiP布局布线的各种操作和应用。

· 第15章：嵌入式无源设计。介绍了嵌入式无源器件的工艺、材料和设计方法。

· 第16章：射频电路设计。介绍射频SiP技术及设计流程、射频原理图及版图设计方法、射频仿真工具环节。

· 第17章：刚柔结合电路和4D SiP 设计。介绍了刚柔结合电路的概念和设计方法以及基于复杂刚柔结合基板的4D SiP设计。

· 第18章：多布局项目和并行设计。介绍了Multi-Layout Project的概念和设计方法、多人并行设计技术以及原理图和布局并行设计的实现方法。

· 第19章：基于先进封装(HDAP) 的SiP 设计流程。介绍高密度先进封装（HDAP）的详细设计流程以及最新3D数字样机在HDAP设计中的应用。

· 第20章：设计检查和生产数据输出。介绍设计完成后的DRC设计规则检查方法以及各种生产数据的输出。

· 第21章：SiP 仿真和验证。介绍SiP和HDAP中使用的各种常见仿真和验证技术。

第三部分项目与案例

基于实际的SiP项目和产品案例，第三部分介绍了不同类型SiP的设计、仿真和实现方法。对SiP项目的开发具有重要的参考意义，共分九章。

· 第22章：海量存储芯片设计案例。介绍了一种基于SiP技术的海量存储芯片的研发过程，从方案、详细设计到生产、测试和应用，作者是Suny Li（李阳）和Junshe An。

· 第23章：SiP 项目规划和设计案例。介绍了SiP项目的规划、设计规则的导入以及两个实际的项目案例，作者是朱天瑞和王晓红。

· 第24章：2.5D TSV 技术和设计案例。介绍了2.5D TSV技术的特点、工艺流程、设计方法和实际案例，作者是徐健。

· 第25章：数字T/R 模块SiP 设计案例。介绍了数字T/R模块的特点、功能、原理图和版图设计、结构集成和实现，作者是包孟建、李培、卢文斌。

· 第26章：MEMS 验证SiP 设计案例。介绍了应用于MEMS验证技术的SiP的设计方案、原理图和布局设计、组装和测试。作者是周博远。

· 第27章：刚柔结合SiP 设计案例。介绍了基于软硬结合基板的射频SiP的原理、设计方案、电仿真、热仿真和工艺组装，作者为曹立强、吴鹏、刘逢满、何惠民。

· 第28章：射频系统集成SiP 设计案例。介绍射频系统集成技术、射频SiP设计与仿真、组装与测试，作者是曹立强和田庚新。

· 第29章：PoP RF SiP 设计案例。介绍基于PoP技术的RF SiP设计、RF SiP SI/PI仿真、热仿真、组装和测试。作者为曹立强、何一。

· 第30章：SiP 生产数据处理案例。介绍SiP项目中LTCC和厚膜基板的加工技术，包括生产数据生成、面板生成、掩模生成和数据优化。作者是何瀚波。

本书三部分共30章，基本涵盖了SiP项目和产品开发中可能遇到的大部分情况和问题。

本书通过原创概念、热点技术和实际项目案例，全面深入地描述了SiP从构思到最终实现的整个过程，令读者受益匪浅。

我们致力于将本书编写为SiP 和 MicroSystem 设计的综合技术指南。尽管我们力求尽善尽美，但由于作者水平和知识的限制，本书中难免会出现错误和错误。欢迎专家和读者指正，以便在后续版本中纠正错误和错误。

希望本书的出版对SiP、先进封装和MicroSystem技术的发展起到一定的推动作用。