SiP封装是未来产品设计的主力

  SiP(System in Package,系统级封装),就是将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及MEMS,或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统,或者子系统。

SiP和SOC的比较

  从架构上来说,它会将处理器、存储器、电源管理芯片,以及无源器件等不同功能的芯片通过并排,或者叠加的方式封装在一起。它跟SoC一样,都可以在芯片层面上实现产品的小型化和微型化。不同的是,SiP是将多颗不同的芯片封装在一起,SoC是一颗芯片。
 

图1:SiP与SoC架构的不同


  SoC是摩尔定律继续往前发展的产物;而SiP则是实现超越摩尔定律的重要路径。两者各有优势和劣势,对SoC来说,它具有最高的密度、最高的速度和最低的能耗,但它需要对性能进行妥协、设计变更也不太灵活、开发成本高、开发周期也长、更重要的是良率会比较低;而对SiP来说,它可以选择最好的元器件、设计变更更加灵活、开发周期短、开发成本低、良率也相对更高。

图2:SiP与SoC的有缺点对比

   其实,集成电路的封装技术一直在演进,其演进方向位高密度、高脚位、薄型化和小型化。集成电路封装技术的发展路径大致可以分为四个阶段,第一阶段是插孔元件时代;第二阶段是表面贴装时代;第三阶段是面积阵列封装时代;第四阶段是高密度系统级封装时代。
 
  目前,全球半导体封装的主流已经进入第四阶段,SiP,PoP,Hybrid等主要封装技术已大规模生产,部分高端封装技术已向Chiplet产品应用发展。SiP和3D是封装未来重要的发展趋势,但鉴于3D封装技术难度较大、成本较高,SiP,PoP, HyBrid等封装仍是现阶段业界应用于高密度高性能系统级封装的主要技术。

图3:2019年全球封测企业市场占有率

   中国半导体协会的数据显示,2019年我国集成电路封测收入为2,349.7亿元,同比增长7.1%。2019年,大陆封测企业数量已经超过了120家,市场规模从2012年的1,034亿元,增长至2019年的2,349.7亿元,复合增速为12.4%,增速低于集成电路整体增速。
 
  根据Yole预测,到2023年,射频前端模块的SiP封装市场规模将达到53亿美元,复合增长率为11.3%。根据Accenture预计,到2026年全球5G芯片市场规模将达到224.1亿美元。5G时代的到来,将带动半导体产业的发展,推动SiP等先进封装的需求,成为先进封装领域新的增长动能。
 
  目前可以提供SiP封测服务的企业主要有日月光及其子公司环旭电子、安靠、矽品、长电科技及其子公司星科金朋等几家封测公司。
 

SiP的主要应用领域

 
  SiP的应用非常广泛,主要包括无线通信、汽车电子、医疗电子、计算机和军用电子等领域。其中应用最为广泛的当属无线通信领域。
 
  在无线通信领域,对于功率传输效率、噪声、体积、重量,以及成本等方面的要求越来越高,使得无线通信向低成本、便携式、多功能和高性能等方向发展。而SiP刚好是最为理想的解决方案。

  目前在5G终端中使用SiP封装的厂商中,三星和华为是比较领先的。其中,三星2019年8月推出的Galaxy Note 10+ 5G手机中使用了3颗SiP产品,但到了今年2月份发布的Galaxy S20 Ultra 5G时,SiP的用量已经翻倍了。其产品内使用的SiP主要集中在射频前端部分。

图5:三星Galaxy S20 Ultra 5G使用的SiP产品
图6:长电科技的SiP产品线发展路线图

 
  长电科技在SiP技术的演进方向,目前SiP封装正在从单面封装向双面封装转移,预计今年下半年到明年双面封装SiP将会成为主流,到2022年将会出现多层3D SiP产品。
 
  汽车电子将会是SiP的重要应用场景。目前汽车电子中的SiP产品也越来越多,特别是在ADAS、汽车防抱死系统、燃油喷射控制系统、安全气囊电子系统、方向盘控制系统等,此外,车载办公系统和信息娱乐系统也开始越来越多地使用SiP产品。
 
  医疗电子需要可靠性和小尺寸相结合,同时还要兼顾功能性和寿命。比如胶囊式内窥镜等可植入式电子医疗器件,需要做得非常小。而内窥镜通常是由光学镜头、图像处理芯片、射频信号发射器、天线和电池等组成,如果将这些器件集中封装在一个SiP内,就能够完美解决性能和小型化的需求。
 
  还有智能手表、TWS耳机等可穿戴设备中也在越来越多地使用SiP产品。此外,SiP未来还将逐渐向云计算、工业自动化等应用领域渗透。

结语

  随着电子硬件不断演进,过去产品的成本随着电子硬件不断演进,性能优势面临发展瓶颈,而先进的半导体封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值,还有效降低成本。于是CSP(芯片级封装)、WLP(晶圆级封装)、 SiP(系统级封装)等一列先进技术应运而生。与其他类型相比,SiP最大的特点是能够实现复杂异质集成需求,将各类性能迥异的有源与可选无器件整合为单个标准封装件,形成一个系统,或者子系统。比如Apple Watch内使用的SiP在仅为边长25~30mm的正方形体积内,集成了1000颗以上的有源和无源器件。
 
  而且SiP兼具低成本、低功耗、高性能、小型化和多元化的优势。未来在摩尔定律失效后,它将扛起后摩尔时代电子产品继续向前发展的大旗。未来SiP将会广泛应用于5G、物联网、智能汽车、可穿戴设备、工业自动化,以及云计算等领域。

You may also like...

发表评论

电子邮件地址不会被公开。