服務熱線：
18621539770
18621539770
聲明：本文章由芯云納米技術（蘇州）有限公司分析撰寫，未經允許，不得以任何形式轉載、復制和發布。
兩種集成技術：SiP vs SoC
微系統技術中的系統級封裝( system in a package，SiP) 技術是解決導彈功能模塊分立，降低電子 器件體積和質量的重要途徑。括多塊功能芯片集成在一個封裝體內，從而實現一 個基本完整的功能的技術。
圖 SiP技術和SoC技術示意圖
片上系統( system on chip，SoC) 是微系統技術 發展的另一重要方向，該技術將不同功能的電路設 計和制造在一塊芯片上，芯片本身即能完成原本需 要多塊芯片完成的功能。在未來導彈上，通過芯片 處理功能的整合，縮減芯片的數目同樣能夠減小電 子部件的體積和質量。
SoC相較于SiP，傳感器和接口電路更靠近，從而很大程度地降低寄生參數和外部干擾。單片集成的傳感器還可以減小不同芯片之間互連的可靠性問題。與 IC 標準工藝兼容，進行傳感器和接口電路的單片集成，可以實現集成傳感器的批量低成本制造。
應用方向：陣列化芯片
陣列化芯片勢必要攻克MEMS-CMOS單片集成技術，例如紅外熱電堆陣列芯片，MEMS陣列氣體傳感器、Pumt超聲成像傳感器、微鏡陣列、熱發泡噴墨打印芯片等，無論是傳感器還是執行器陣列芯片，其陣列產生的多路信號難以通過引線鍵合完成電信號的輸出。
圖 MEMS-CMOS片上集成紅外熱電堆陣列芯片
以64x64像素紅外熱電堆芯片為例，共4096路信號單元，將CMOS接口集成在MEMS芯片上才是唯一的技術路徑。對于熱電堆陣列芯片，目前商業化產品普遍采用TSV和鍵合技術相結合的方式，即TPA（熱電堆陣列）通過通孔互聯工藝將信號引入到鍵合下層的ROIC（讀出電路），以此補償電路來抑制溫度漂移，并集成了ADC電路，這種片上集成系統有利于降低芯片體積、功耗和成本。
圖 MEMS-CMOS片上集成6軸IMU
與熱電堆陣列芯片的TSV和鍵合技術相比，還有一種體積更小的終極片上技術技術為單片集成，即MEMS和COMS部分全部在一個硅襯底上實現。這類芯片已成功商業化的產品包括MEMS陣列氣體傳感器和熱發泡打印芯片。以2 x 2陣列MEMS氣體傳感器為例，需要四個微熱板的排列，每個加熱器可以獨立工作，也可以同時工作。ASIC電路部分與MEMS傳感器部分單片集成在一顆芯片上，一般MEMS部分位于中心，ASIC部分位于周邊。微熱板上涂覆不同的材料以實現多氣體交叉驗證和提高精度。由于氣體測量的原始數據通常都是離散型點，因此單片集成芯片可以更好的將人工智能算法與傳感結合，實現智能化的傳感器信號輸出和自我學習等功能。
應用方向：芯片上的氣象站
芯片上的氣象站的概念早在2005年863項目中提出，采用先進的微機電系統（MEMS）技術，研發出溫度、濕度、氣壓、風速/流量傳感器。目前大多數廠商采用SiP技術將傳感器和ASIC電路兩部分獨立單元通過連接線綁定封裝而成，如博世的BME280和BME688多合一環境傳感器。由于MEMS與CMOS接口上會產生的寄生參數，更多的廠商采用單片集成的方式，MEMS傳感和ASIC電路都實現在同一個襯底上，例如盛思銳和睿感。盛思銳幾乎全部的環境傳感器均采用單片集成方式實現。與 COMS 工藝兼容的MEMS溫濕度傳感器具有體積小、價格低、產品一致性好的特點，有較好的應用前景。因此，芯片上的氣象站未來的發展趨勢是盡可能在單芯片上實現更多物理量的感測、信號處理和數據融合，全方位實現溫度、濕度、氣壓、風速/流量傳感器的一體化傳感。
圖 MEMS-CMOS片上集成6軸IMU
應用方向：慣性測量單元
據芯云知對各家六軸慣性測量單元進行拆解，了解到幾乎全部的廠商采用SiP系統。唯一采用MEMS-CMOS集成技術的只有TDK應美盛，其研發的Nasiri制造工藝平臺是一項具有成本效益的MEMS-CMOS集成方法，能夠開發出兼具小尺寸、低成本與高性能的MEMS產品，可生產加速度計、陀螺儀等運動類集成芯片。以6軸IMU為例，MEMS-CMOS采用兩次鍵合技術完成，ASIC部分作為襯底層，與MEMS結構層以共晶鍵合方式形成電氣和物理連接，再次與蓋帽層鍵合形成運動腔室。ASIC部分一般采用0.18μm帶EEPROM的混合信號工藝，包含微小電容/電阻檢測電路、信號放大及模數轉換電路、EEPORM校驗電路及數字接口電路。相較于SiP封裝，MEMS-CMOS集成技術的IMU具有更高的集成度和更好的性能。
圖 MEMS-CMOS片上集成6軸IMU