电子产品“微型化”推动SiP封装技术崛起整机产品的“轻薄化”设计,不断要求芯片、元器件进行“多功能、小型化”整合及低功耗设计,于是将多颗裸芯片整合的SiP(System in Package)封装技术风云乍起,成为各大封测厂争相投入的重点。
SiP系统级封装,是将多个半导体裸芯片和可能的无源元件构成的高性能系统集成于一个单元(Unit)内、形成一个完整的功能性器件的封装形式,它实现了较高的性能密度,大大缩减了产品尺寸,OEM厂商通过使用这些芯片组合,缩短了产品上市的时间。
SiP作为目前国际上最为先进的封装技术之一,是什么因素推动了它的发展?天水华天科技股份有限公司(简称“华天科技”)技术总监于大全博士表示,微电子器件的“微型化、多功能、低成本和缩短上市时间”是SiP的四大主要推动力,同时,系统厂商要求减少供应商数量并简化物流等,共同推动了SiP系统级封装的快速发展。
“一方面,集成电路朝着‘微小型化’发展是固有的定律,而这种微小型化,为电子产品性能的提高、功能的完善和成本的降低创造了条件,另一方面,在应用端,除了军用和航天器材等要求元器件做到小型化之外,工业类、消费类尤其是便携类产品都要求微小型化。这一趋势又反过来促进了微电子技术的微小型化发展。这就是近年来SiP取得迅速发展的推动力。”苏州芯禾电子科技有限公司(简称“芯禾科技”)创始人兼工程副总裁代文亮博士告诉记者。
代文亮博士补充表示,芯片发展从一味追求功耗下降和性能提升(摩尔定律),转向更加务实的以满足市场需求为主(超越摩尔定律),诸如满足电子产品的轻薄短小、多功能与低功耗的需求。而SiP通过综合现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势,降低了成本,缩短了上市时间,克服了SOC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等挑战,是实现这一途径最理想的解决方案。
库力索法(Kulicke & Soffa)集团高级副总裁张赞彬同样表示,是微型化和集成化的需求推动了SiP的发展,封装元件的尺寸要求不断变小,性能要求不断提高,成本要求不断降低,而SiP封装不仅可以缩小产品尺寸,还可通过降低系统BOM成本和复杂性、简化产品Board来降低整机的研发成本,将产品更快推向市场。
从全球来看,目前半导体产品采用SiP封装的比例还不是很大雷竞技RAYBET官方网站。“我们认为目前20%的半导体元件采用了先进封装,未来几年,全球主要厂商都会在先进封装上持续投入,从2015年到2020年,全球先进封装市场年符合增长率预计为12%。”张赞彬说。
于大全博士也透露,目前SiP占整个半导体封装的比例还不高,但从智能手机来看,应用已经越来越多,比如iPhone 7的Wi-Fi/Bluetooth、PA filter、Audio filter、A10 processor以及Diversity Rx Module等多达1/3的主要芯片和模块都采用了系统级封装技术。记者了解到,早前,苹果发布的Apple watch里面的芯片大都用到了SiP封装技术,在尺寸和性能上为其增色不少。
“2016年全球SiP产值大约64.94亿美元,较2015年增长17.4%。”代文亮博士称,SiP封装跟其他的封装及集成化技术相比,有着非常多的优势,具体表现如下:
其次,和MCM相比,SiP是3D立体化的多芯片封装,其3D主要体现在芯片堆叠和基板腔体上,同时,SiP的规模和所能完成的功能也比MCM有较大提升。
再次,和PCB相比,SiP技术的优势主要体现在小型化、低功耗、高性能方面。实现和PCB同样的功能,SiP只需要PCB面积的10-20%左右,由于面积更小,互联线更短,所以其高频特性更好。同时,由于互联线短,消耗在传输线的能量更少,从而也在一定程度上节省了功耗,性能也会有比较大的提升。
最后,和SoC比较相比,SiP技术的优势主要体现在周期短、成本低、易成功方面。实现同样的功能,SiP只需要SoC研发时间的10-20%、研发成本的10-15%,并且更容易取得成功。因此,SiP被很多行业用户作为SOC建设的低成本、短期替代方案,SOC项目开始时以SiP作为先行者,迅速且低成本地做出SiP产品,当SiP在项目上取得一定的阶段性成果之后,受到多方认可和支持,再将重心转到SOC研发上。
据透露,目前SiP封装订单已占据芯禾科技所有订单比例的大概33%,产线主要依托于京瓷、UMTC、深南、58所、华天等。未来SiP主要朝先进封装技术方向发展,如三维堆叠,TSV等新技术的细化研究与工程化实现。而华天科技方面,华天西安公司在PA、MEMS(麦克风等)RF、传感器(指纹)等SiP产品都有规模化生产,订单比例大约在5-10%。未来华天会多种封装工艺齐头并进,SiP封装会是其中一个重要的方向存在。