拆解夏普922SH手機(jī)，感受先進(jìn)的多芯片封裝技術(shù)

一提起“日本”這個(gè)詞就會(huì)把我?guī)Щ氐胶⑼瘯r(shí)代，那個(gè)時(shí)候這個(gè)島國(guó)好像在很多技術(shù)上都遙遙領(lǐng)先于西方國(guó)家。當(dāng)然，那時(shí)候我對(duì)技術(shù)的了解非常有限，僅限于視頻游戲系統(tǒng)。但是日本人總是率先推出最新的游戲機(jī)，因此一直讓我們這些北美游戲玩家眼紅不已。

隨著年齡增長(zhǎng)，移動(dòng)電話成為我新的必需品。但是擁有一部手機(jī)并不夠，它還必須是一部很酷的手機(jī)，甚至比有錢(qián)人擁有的摩托羅拉StarTacs手機(jī)更酷。后來(lái)我的朋友網(wǎng)絡(luò)逐漸擴(kuò)展擁有自己國(guó)家品牌手機(jī)的日本人，雖然StarTacs是當(dāng)時(shí)的王牌，但我仍然非常吃驚于日本產(chǎn)品的圓滑和小巧。

日本人一直在為他們的移動(dòng)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和制造手機(jī)；每天都有新的產(chǎn)品從KDDI、沃達(dá)豐(Vodafone)和軟銀(Softbank)這樣的服務(wù)提供商發(fā)布。我們的日本同事經(jīng)常參加這些發(fā)布會(huì)，并告訴我們哪些手機(jī)在東京的街頭獲得了好評(píng)。

其中一款產(chǎn)品就是夏普922SH，該產(chǎn)品可以從軟銀網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買(mǎi)。研究一下這部手機(jī)的內(nèi)部設(shè)計(jì)，你就能明白日本是否還領(lǐng)先于全球的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

922SH在設(shè)計(jì)上與諾基亞公司的“Communicator”系列手機(jī)非常相似，它很像一臺(tái)筆記本電腦。如同諾基亞的E90那樣，這款夏普手機(jī)采用了翻蓋設(shè)計(jì)，選用這種設(shè)計(jì)或許是為了顯現(xiàn)其提供在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪的舒適環(huán)境的能力。為了增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)，922SH的3.5寸VGA屏采用了夏普公司的Aquos技術(shù)，可以提供令人眩目的480x584分辨率，對(duì)比度達(dá)到2000:1。其他功能包括：藍(lán)牙連接和HSDPA、210萬(wàn)像素的相機(jī)和名片掃描器等。

922SH使用了兩個(gè)獨(dú)立的處理器，用來(lái)分別處理手機(jī)的基帶和應(yīng)用功能。在索愛(ài)公司的移動(dòng)電話(如K850i手機(jī))中經(jīng)常能看到的愛(ài)立信DB3150在992SH中用作基帶處理器。寬帶CDMA接收器和發(fā)送器采用的也是愛(ài)立信公司的IC(RF3000和RF3100)。

而應(yīng)用處理器則是贏得了東芝公司Mobile Turbo TC35296的設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。被東芝公司稱(chēng)為T(mén)5G的這個(gè)媒體處理器是專(zhuān)門(mén)針對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。它包含了ARM926EJ-S CPU和三個(gè)硬件加速器—視頻編解碼器、3D圖形加速器和JPEG編解碼器，支持互聯(lián)網(wǎng)和游戲應(yīng)用，并且采用先進(jìn)的90納米工藝節(jié)點(diǎn)制造。

圖題：在多芯片封裝存儲(chǔ)器M39PNRA2A內(nèi)部是兩個(gè)Elpida SDRAM硅片，兩個(gè)ST NOR閃存硅片和一個(gè)海力士 SLC NAND閃存。

夏普IC在設(shè)計(jì)中具有顯著的特點(diǎn)，但是它們主要用于與Aquos VGA屏有關(guān)的領(lǐng)域。IXA186是一款LCD驅(qū)動(dòng)器芯片；ICA189是顯示驅(qū)動(dòng)器芯片。T10S10 1Seg(單段)數(shù)字電視調(diào)諧器提供了令人稱(chēng)道的手機(jī)多媒體體驗(yàn)(電視、互聯(lián)網(wǎng)等)。與Aquos屏無(wú)關(guān)的唯一一款夏普芯片是C80414KA，它是一款I(lǐng)R(紅外)接收器。

在手機(jī)的主板上還可以看到Maxim的器件。MAX4368是一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)移動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的超小型音頻功放，ICL7641則是運(yùn)算放大器。

意法半導(dǎo)體公司(ST)對(duì)完成這個(gè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面的貢獻(xiàn)。2500C4是單芯片藍(lán)牙v2.0器件，能為電話提供增強(qiáng)連接性能。然而另外一個(gè)ST的芯片讓人最感興趣，倒不是因?yàn)樗墓δ埽且驗(yàn)樗臉?gòu)建方式。

奇特的多芯片封裝

研究ST的M39PNRA2A內(nèi)部組成可以發(fā)現(xiàn)在單片封裝中有五塊裸片。這個(gè)多芯片封裝(MCP)包含了由三塊裸片組成的兩種閃存和兩塊相同的SDRAM裸片。這個(gè)芯片非常復(fù)雜，從五塊裸片分別引出的綁定線錯(cuò)綜復(fù)雜地連接到封裝的綁定單元。閃存裸片分別是兩顆ST公司的512Mb NOR器件和一顆海力士(Hynix)公司的2Gb單層單元(SLC)NAND器件。封裝中還有兩顆采用70nm工藝制造的Elpida 512Mb DDR2 SDRAM裸片。

Semiconductor Insights(SI)公司將上述芯片與另外一種70nm的Elpida器件進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有很多的差異。通過(guò)快速觀察兩顆芯片可以發(fā)現(xiàn)，ST封裝的SDRAM是一種低功率版本，考慮到5層堆疊封裝中的裸片放置，這是可以理解的。不過(guò)，在ST封裝中的Elpida SDRAM[裸片標(biāo)記為K5132CC]和SI器件庫(kù)中的Elpida E5116AJBG-6E-E在裸片內(nèi)部的布線方向上具有明顯的區(qū)別。K5132CC裸片將線綁定到裸片外面，而E5116AJBG將線綁定到了中心。這種差異很有意思，它揭示出在ST封裝中的Elpida器件可能是一個(gè)定制的IC。

從Elpida器件的橫截面可以看出，兩個(gè)設(shè)計(jì)采用了相同的四個(gè)金屬層。這可能表明Elpida針對(duì)特定的ST封裝要求開(kāi)發(fā)了新的掩模組，進(jìn)而暗示了ST和Elpida之間的合作關(guān)系。

為什么存儲(chǔ)器要使用這樣復(fù)雜的封裝呢？簡(jiǎn)單而言，在一個(gè)像手機(jī)這樣的空間受限設(shè)備中，多芯片封裝非常有利于在很小的電路板上留出更多的有用空間。

然而，MCP也有缺點(diǎn)。MCP的開(kāi)發(fā)需要極大地降低晶圓厚度，特別是在需要使用5塊裸片的情況下。這給制造工藝帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿绱顺〉木A(某些時(shí)候薄到可以從背面看到電路設(shè)計(jì)圖)必須在晶圓研磨后釋放應(yīng)力，并且必須用專(zhuān)業(yè)的設(shè)備進(jìn)行處理。這會(huì)導(dǎo)致潛在的良率問(wèn)題，因?yàn)閿嗔褑?wèn)題會(huì)降低生產(chǎn)良率。

除了需要對(duì)每塊裸片進(jìn)行測(cè)試以確保功能性外，還必須在封裝完成后才能進(jìn)行測(cè)試，因此需要5層極具挑戰(zhàn)性的線綁定。每層都可能增加故障的概率，因?yàn)樗o生產(chǎn)工藝增加了更多的步驟和更長(zhǎng)的時(shí)間。不過(guò)相當(dāng)明顯的是，這些缺點(diǎn)并不足以掩蓋節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)。由于消費(fèi)者期望越來(lái)越緊湊的產(chǎn)品，制造商為了滿(mǎn)足這樣的要求只能作出一定的犧牲。

在研究了夏普922SH以及多種其它日本供應(yīng)商的手機(jī)產(chǎn)品的內(nèi)部組成后，可以很公正地說(shuō)，日本設(shè)計(jì)師依然是前沿技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。但是也不能忽視北美和歐洲的設(shè)計(jì)師們，特別是像蘋(píng)果和諾基亞這樣的公司在iPhone和N95上所展現(xiàn)出來(lái)的創(chuàng)新成果。這些產(chǎn)品以及即將于來(lái)年發(fā)布的產(chǎn)品意味著“令人驚嘆的因素”將會(huì)體現(xiàn)出差距。在設(shè)計(jì)最新、最酷的手機(jī)競(jìng)賽中，真正的贏家是那些消費(fèi)者。

現(xiàn)在，如果蘋(píng)果只是生產(chǎn)一種可以在水下工作，并能播放MP3的計(jì)算器腕表的話，我在與朋友的攀比中定能占得上風(fēng)。