拆解夏普922SH手机享受先进的多芯片封装技术

拆解夏普922SH手机享受先进的多芯片封装技术

一提起“日本”这个词就会把我带回到孩童时代，那个时候这个岛国好像在很多技术上都遥遥领先于西方国家。当然，那时候我对技术的了解非常有限，仅限于视频游戏系统。但是日本人总是率先推出最新的游戏机，因此一直让我们这些北美游戏玩家眼红不已。

随着年龄增长，移动电话成为我新的必需品。但是拥有一部手机并不够，它还必须是一部很酷的手机，甚至比有钱人拥有的摩托罗拉StarTacs手机更酷。后来我的朋友网络逐渐扩展拥有自己国家品牌手机的日本人，虽然StarTacs是当时的王牌，但我仍然非常吃惊于日本产品的圆滑和小巧。

日本人一直在为他们的移动市场开发和制造手机；每天都有新的产品从KDDI、沃达丰(Vodafone)和软银(Softbank)这样的服务提供商发布。我们的日本同事经常参加这些发布会，并告诉我们哪些手机在东京的街头获得了好评。

其中一款产品就是夏普922SH，该产品可以从软银网络购买。研究一下这部手机的内部设计，你就能明白日本是否还领先于全球的竞争对手。

922SH在设计上与诺基亚公司的“Communicator”系列手机非常相似，它很像一台笔记本电脑。如同诺基亚的E90那样，这款夏普手机采用了翻盖设计，选用这种设计或许是为了显现其提供在互联网上冲浪的舒适环境的能力。为了增强用户体验，922SH的3.5寸VGA屏采用了夏普公司的Aquos技术，可以提供令人眩目的480x584分辨率，对比度达到2000:1。其他功能包括：蓝牙连接和HSDPA、210万像素的相机和名片扫描器等。

922SH使用了两个独立的处理器，用来分别处理手机的基带和应用功能。在索爱公司的移动电话(如K850i手机)中经常能看到的爱立信DB3150在992SH中用作基带处理器。宽带CDMA接收器和发送器采用的也是爱立信公司的IC(RF3000和RF3100)。

而应用处理器则是赢得了东芝公司Mobile Turbo TC35296的设计大奖。被东芝公司称为T5G的这个媒体处理器是专门针对手机设计的产品。它包含了ARM926EJ-S CPU和三个硬件加速器—视频编解码器、3D图形加速器和JPEG编解码器，支持互联网和游戏应用，并且采用先进的90纳米工艺节点制造。

图题：在多芯片封装存储器M39PNRA2A内部是两个Elpida SDRAM硅片，两个ST NOR闪存硅片和一个海力士 SLC NAND闪存。

夏普IC在设计中具有显著的特点，但是它们主要用于与Aquos VGA屏有关的领域。IXA186是一款LCD驱动器芯片；ICA189是显示驱动器芯片。T10S10 1Seg(单段)数字电视调谐器提供了令人称道的手机多媒体体验(电视、互联网等)。与Aquos屏无关的唯一一款夏普芯片是C80414KA，它是一款IR(红外)接收器。

在手机的主板上还可以看到Maxim的器件。MAX4368是一种专门针对移动产品设计的超小型音频功放，ICL7641则是运算放大器。

意法半导体公司(ST)对完成这个设计有两个方面的贡献。2500C4是单芯片蓝牙v2.0器件，能为电话提供增强连接性能。然而另外一个ST的芯片让人最感兴趣，倒不是因为它的功能，而是因为它的构建方式。

奇特的多芯片封装

研究ST的M39PNRA2A内部组成可以发现在单片封装中有五块裸片。这个多芯片封装(MCP)包含了由三块裸片组成的两种闪存和两块相同的SDRAM裸片。这个芯片非常复杂，从五块裸片分别引出的绑定线错综复杂地连接到封装的绑定单元。闪存裸片分别是两颗ST公司的512Mb NOR器件和一颗海力士(Hynix)公司的2Gb单层单元(SLC)NAND器件。封装中还有两颗采用70nm工艺制造的Elpida 512Mb DDR2 SDRAM裸片。

Semiconductor Insights(SI)公司将上述芯片与另外一种70nm的Elpida器件进行了比较，结果发现有很多的差异。通过快速观察两颗芯片可以发现，ST封装的SDRAM是一种低功率版本，考虑到5层堆叠封装中的裸片放置，这是可以理解的。不过，在ST封装中的Elpida SDRAM[裸片标记为K5132CC]和SI器件库中的Elpida E5116AJBG-6E-E在裸片内部的布线方向上具有明显的区别。K5132CC裸片将线绑定到裸片外面，而E5116AJBG将线绑定到了中心。这种差异很有意思，它揭示出在ST封装中的Elpida器件可能是一个定制的IC。

从Elpida器件的横截面可以看出，两个设计采用了相同的四个金属层。这可能表明Elpida针对特定的ST封装要求开发了新的掩模组，进而暗示了ST和Elpida之间的合作关系。

为什么存储器要使用这样复杂的封装呢？简单而言，在一个像手机这样的空间受限设备中，多芯片封装非常有利于在很小的电路板上留出更多的有用空间。

然而，MCP也有缺点。MCP的开发需要极大地降低晶圆厚度，特别是在需要使用5块裸片的情况下。这给制造工艺带来了很大的挑战，因为如此超薄的晶圆(某些时候薄到可以从背面看到电路设计图)必须在晶圆研磨后释放应力，并且必须用专业的设备进行处理。这会导致潜在的良率问题，因为断裂问题会降低生产良率。

除了需要对每块裸片进行测试以确保功能性外，还必须在封装完成后才能进行测试，因此需要5层极具挑战性的线绑定。每层都可能增加故障的概率，因为它给生产工艺增加了更多的步骤和更长的时间。不过相当明显的是，这些缺点并不足以掩盖节省空间的优点。由于消费者期望越来越紧凑的产品，制造商为了满足这样的要求只能作出一定的牺牲。

在研究了夏普922SH以及多种其它日本供应商的手机产品的内部组成后，可以很公正地说，日本设计师依然是前沿技术的领导者。但是也不能忽视北美和欧洲的设计师们，特别是像苹果和诺基亚这样的公司在iPhone和N95上所展现出来的创新成果。这些产品以及即将于来年发布的产品意味着“令人惊叹的因素”将会体现出差距。在设计最新、最酷的手机竞赛中，真正的赢家是那些消费者。

现在，如果苹果只是生产一种可以在水下工作，并能播放MP3的计算器腕表的话，我在与朋友的攀比中定能占得上风。

作者：Allan Yogasingam

技术分析师

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