拆解夏普922SH手機，感受先進的多芯片封裝技術

一提起“日本”這個詞就會把我?guī)Щ氐胶⑼瘯r代，那個時候這個島國好像在很多技術上都遙遙領先于西方國家。當然，那時候我對技術的了解非常有限，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，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，移動電話成為我新的必需品。但是擁有一部手機并不夠，它還必須是一部很酷的手機，甚至比有錢人擁有的摩托羅拉StarTacs手機更酷。后來我的朋友網(wǎng)絡逐漸擴展擁有自己國家品牌手機的日本人，雖然StarTacs是當時的王牌，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市場開發(fā)和制造手機；每天都有新的產(chǎn)品從KDDI、沃達豐(Vodafone)和軟銀(Softbank)這樣的服務提供商發(fā)布。我們的日本同事經(jīng)常參加這些發(fā)布會，并告訴我們哪些手機在東京的街頭獲得了好評。

其中一款產(chǎn)品就是夏普922SH，該產(chǎn)品可以從軟銀網(wǎng)絡購買。研究一下這部手機的內(nèi)部設計，你就能明白日本是否還領先于全球的競爭對手。

922SH在設計上與諾基亞公司的“Communicator”系列手機非常相似，它很像一臺筆記本電腦。如同諾基亞的E90那樣，這款夏普手機采用了翻蓋設計，選用這種設計或許是為了顯現(xiàn)其提供在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪的舒適環(huán)境的能力。為了增強用戶體驗，922SH的3.5寸VGA屏采用了夏普公司的Aquos技術，可以提供令人眩目的480x584分辨率，對比度達到2000:1。其他功能包括：藍牙連接和HSDPA、210萬像素的相機和名片掃描器等。

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

而應用處理器則是贏得了東芝公司Mobile Turbo TC35296的設計大獎。被東芝公司稱為T5G的這個媒體處理器是專門針對手機設計的產(chǎn)品。它包含了ARM926EJ-S CPU和三個硬件加速器—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)和游戲應用，并且采用先進的90納米工藝節(jié)點制造。

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

夏普IC在設計中具有顯著的特點，但是它們主要用于與Aquos VGA屏有關的領域。IXA186是一款LCD驅(qū)動器芯片；ICA189是顯示驅(qū)動器芯片。T10S10 1Seg(單段)數(shù)字電視調(diào)諧器提供了令人稱道的手機多媒體體驗(電視、互聯(lián)網(wǎng)等)。與Aquos屏無關的唯一一款夏普芯片是C80414KA，它是一款IR(紅外)接收器。

在手機的主板上還可以看到Maxim的器件。MAX4368是一種專門針對移動產(chǎn)品設計的超小型音頻功放，ICL7641則是運算放大器。

意法半導體公司(ST)對完成這個設計有兩個方面的貢獻。2500C4是單芯片藍牙v2.0器件，能為電話提供增強連接性能。然而另外一個ST的芯片讓人最感興趣，倒不是因為它的功能，而是因為它的構(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。這個芯片非常復雜，從五塊裸片分別引出的綁定線錯綜復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器件進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有很多的差異。通過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，在ST封裝中的Elpida SDRAM[裸片標記為K5132CC]和SI器件庫中的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器件可能是一個定制的IC。

從Elpida器件的橫截面可以看出，兩個設計采用了相同的四個金屬層。這可能表明Elpida針對特定的ST封裝要求開發(fā)了新的掩模組，進而暗示了ST和Elpida之間的合作關系。

為什么存儲器要使用這樣復雜的封裝呢？簡單而言，在一個像手機這樣的空間受限設備中，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。MCP的開發(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。這給制造工藝帶來了很大的挑戰(zhàn)，因為如此超薄的晶圓(某些時候薄到可以從背面看到電路設計圖)必須在晶圓研磨后釋放應力，并且必須用專業(yè)的設備進行處理。這會導致潛在的良率問題，因為斷裂問題會降低生產(chǎn)良率。

除了需要對每塊裸片進行測試以確保功能性外，還必須在封裝完成后才能進行測試，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，因為它給生產(chǎn)工藝增加了更多的步驟和更長的時間。不過相當明顯的是，這些缺點并不足以掩蓋節(jié)省空間的優(yōu)點。由于消費者期望越來越緊湊的產(chǎn)品，制造商為了滿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商的手機產(chǎn)品的內(nèi)部組成后，可以很公正地說，日本設計師依然是前沿技術的領導者。但是也不能忽視北美和歐洲的設計師們，特別是像蘋果和諾基亞這樣的公司在iPhone和N95上所展現(xiàn)出來的創(chuàng)新成果。這些產(chǎn)品以及即將于來年發(fā)布的產(chǎn)品意味著“令人驚嘆的因素”將會體現(xiàn)出差距。在設計最新、最酷的手機競賽中，真正的贏家是那些消費者。

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