半導(dǎo)體行業(yè)拯救者，系統(tǒng)級(jí)封裝迎來(lái)好時(shí)光

現(xiàn)世界排名第一的封測(cè)廠，中國(guó)***的日月光科技在今年Q3的營(yíng)收又創(chuàng)新高，達(dá)到了411.42億新臺(tái)幣。相同的一幕在去年何其相似，當(dāng)時(shí)日月光的營(yíng)收達(dá)到了392.76億新臺(tái)幣。這兩次營(yíng)收爆發(fā)都與SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）有關(guān)。而據(jù)估計(jì)，iPhone 11的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）和無(wú)線(xiàn)通信整合模組持續(xù)拉貨，讓日月光第4季度業(yè)績(jī)有望繼續(xù)增長(zhǎng)。

據(jù)供應(yīng)鏈透露，蘋(píng)果在設(shè)計(jì)上大量采用系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）模組，意味著明年會(huì)繼續(xù)大量放出SiP封測(cè)代工訂單；加上無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙耳機(jī)AirPods將開(kāi)始導(dǎo)入SiP技術(shù)，在該技術(shù)打磨多年的日月光將成為封測(cè)業(yè)的大贏家。

在摩爾定律逐漸失去魅力的時(shí)候，SiP技術(shù)迎來(lái)了最好的時(shí)光。

漸成主流

SiP技術(shù)從MCM（多芯片模塊）脫胎而來(lái)。它構(gòu)建于已有的封裝技術(shù)之上，比如倒裝芯片、wire bonding（線(xiàn)鍵合）、fan-out 晶圓級(jí)封裝。由于以前摩爾定律進(jìn)展毫無(wú)阻力，SiP也就不太受到重視。當(dāng)單芯片集成（SoC）進(jìn)展停滯的時(shí)候，能整合多個(gè)不同系統(tǒng)的SiP成為了行業(yè)拯救者。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，SiP是將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與無(wú)源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

與SoC整合更多功能的目的一致，SiP也要在更小的身軀內(nèi)吞下更多的功能。區(qū)別是，SiP是將多個(gè)不同芯片一并排或疊加的方式整合在一起，SoC本身就是一個(gè)芯片。

芯片廠商們很久前就開(kāi)始這么做了，但只有蘋(píng)果公司加入這個(gè)行列，才徹底引爆了這個(gè)市場(chǎng)。下圖是Apple Watch S1芯片的拆解圖。從圖中可以看到，在26mm×28mm的芯片內(nèi)封裝了30個(gè)獨(dú)立的組件。

高通的Qualcomm Snapdragon System-in-Package（QSiP）模組也是同類(lèi)技術(shù)的產(chǎn)物。QSiP 將應(yīng)用處理器、電源管理、射頻前端、WiFi 等連接芯片、音頻編解碼器和內(nèi)存等 400 多個(gè)零部件放在一個(gè)模組中，大大減少主板的空間需求，從而為電池、攝像頭等功能提供了更大空間。

有幾個(gè)領(lǐng)域是目前SiP應(yīng)用最多的。一是射頻領(lǐng)域。手機(jī)中的PA就是SiP模塊，內(nèi)部集成多頻功放、功率控制及收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等功能。二是汽車(chē)電子，包括功率器件系統(tǒng)級(jí)封裝和雷達(dá)等。三是消費(fèi)電子中的互聯(lián)（Wi-Fi/藍(lán)牙）、MEMS/傳感器、攝像頭模塊等。不過(guò)，千萬(wàn)不要把麒麟990 5G，聯(lián)發(fā)科天璣1000和高通765當(dāng)做是SiP，它們可都是不折不扣的SoC。

簡(jiǎn)與繁

功率密度、散熱等問(wèn)題困擾著傳統(tǒng)的芯片工藝，還有令人心煩的布線(xiàn)阻塞、RC 延遲、電遷移以及靜電放電和電磁干擾等現(xiàn)象。SiP的出現(xiàn)為解決這些問(wèn)題帶來(lái)了新的思路。

舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)字噪聲和熱效應(yīng)敏感的模擬模塊可以與數(shù)字模塊保持一定距離。其次，所有模塊和chiplet（小芯片）都在一個(gè)封裝中，形成一個(gè)大IP，就讓IP復(fù)用變得簡(jiǎn)單。最后，通過(guò)增加芯片之間的連接的直徑和縮短信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，可以提升性能并降低功耗，這反過(guò)來(lái)又可以降低驅(qū)動(dòng)這些信號(hào)所需的功率。

SiP技術(shù)發(fā)展很快，形成了多種不同的實(shí)現(xiàn)方式。如果按照模塊排列方式進(jìn)行區(qū)分，可大體分為平面式2D封裝和3D封裝的結(jié)構(gòu)。相對(duì)于2D封裝，采用堆疊的3D封裝技術(shù)又可以增加使用晶圓或模塊的數(shù)量，從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)SIP技術(shù)的功能整合能力。而在SiP的內(nèi)部，可以通過(guò)單純的線(xiàn)鍵合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），或二者混用。

除此之外，還可以采用多功能性基板整合組件的方式——將不同組件內(nèi)藏于多功能基板中，達(dá)到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，與不同的內(nèi)部接合技術(shù)搭配，使SIP的封裝形態(tài)產(chǎn)生多樣化的組合，并可依照客戶(hù)或產(chǎn)品的需求加以客制化或彈性生產(chǎn)。

很多半導(dǎo)體廠商都有自己的SiP技術(shù)，名字可能會(huì)不一樣。比如，英特爾叫EMIB、臺(tái)積電叫SoIC。但業(yè)內(nèi)人士指出，這些都是SiP技術(shù)，差別就在于制程工藝。以臺(tái)積電為例，其就用半導(dǎo)體設(shè)備來(lái)做封裝制程。臺(tái)積電SiP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于晶圓級(jí)封裝，技術(shù)成熟、良率高，這也是普通封測(cè)廠商難以做到的。

追趕和超越

既然已經(jīng)是不可逆的趨勢(shì)，各家封測(cè)廠都在發(fā)展自己的SiP技術(shù)。不過(guò)，這不是一件容易的事情?！癝iP概念易理解，但是設(shè)計(jì)，工藝等復(fù)雜，高端技術(shù)不太容易掌握。”半導(dǎo)體專(zhuān)家莫大康告訴記者。

封測(cè)廠要掌握SiP技術(shù)，其實(shí)就是要學(xué)習(xí)多種封裝技術(shù)。如超低弧度引線(xiàn)鍵合技術(shù)、窄節(jié)距引線(xiàn)鍵合技術(shù)、新型芯片粘貼（DAF、FOW等）技術(shù)、新型引線(xiàn)鍵合材料、窄節(jié)距銅柱倒裝凸點(diǎn)技術(shù)以及微凸點(diǎn)（Micro Bumping）技術(shù)等。此外，扇出型圓片級(jí)封裝（FOWLP），以TSV技術(shù)（刻蝕和填充）、晶圓減薄和再布線(xiàn)工藝、芯片/晶圓鍵合堆疊等技術(shù)為核心的TSV堆疊封裝也是必要掌握的。沒(méi)有多年的積累，SiP可不是能隨便玩轉(zhuǎn)的。

中國(guó)***的日月光公司是封測(cè)廠中很早就進(jìn)行SiP投資的廠商。其也是具備系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)層次最廣的封裝廠之一，涵蓋FCBGA、FOCoS和2.5D封裝等近十種封裝技術(shù)。尤其是得益于蘋(píng)果的大單，日月光的系統(tǒng)級(jí)封裝營(yíng)收過(guò)去幾年都以數(shù)億美元的速度成長(zhǎng)。

在全球封測(cè)廠最集中的中國(guó)大陸，目前有長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技三家多年排名在全球前十。在SiP方面，大陸地區(qū)的整體水平怎樣呢？“最高水平與國(guó)際領(lǐng)先水平已相距不遠(yuǎn)?！比A西電子首席分析師孫遠(yuǎn)峰表示。他進(jìn)一步說(shuō)明，“長(zhǎng)電科技旗下長(zhǎng)電韓國(guó)正積極布局系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）業(yè)務(wù)，已切入韓國(guó)手機(jī)和可穿戴設(shè)備等終端產(chǎn)品供應(yīng)鏈，客戶(hù)包括了三星和LG?！?/p>

國(guó)內(nèi)企業(yè)在SiP領(lǐng)域的起步并不晚，近年來(lái)通過(guò)并購(gòu)，快速積累先進(jìn)封裝技術(shù)，技術(shù)平臺(tái)已經(jīng)基本和海外廠商同步。如長(zhǎng)電科技聯(lián)合產(chǎn)業(yè)基金、芯電半導(dǎo)體收購(gòu)新加坡封測(cè)廠星科金朋，擁有了WLSCP、SiP、PoP等高端先進(jìn)封裝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。只是，整體先進(jìn)封裝營(yíng)收占總營(yíng)收比例與中國(guó)***和美國(guó)地區(qū)還存在一定的差距。

現(xiàn)在還有一個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)芯片行業(yè)是否充分利用這些技術(shù)平臺(tái)呢？“很多公司都在用，就是大多數(shù)用的比較低端，只是簡(jiǎn)單封合而已?！蔽鞑乩诿啡鹚箘?chuàng)業(yè)投資有限公司投資總監(jiān)張?jiān)葡柚赋觥?/p>

“做SiP要把各種芯片搭載到一起，這些芯片往往不是一個(gè)廠家生產(chǎn)的，能收集起這么多廠家的Wafer，并不是很容易的事情。蘋(píng)果等大公司有這樣的號(hào)召力，一般中小公司沒(méi)能力做到。“他解釋道。

好在局面已逐漸改變，隨著國(guó)內(nèi)芯片種類(lèi)增多，性能提高，這種芯片慌正在慢慢緩解。而隨著未來(lái)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的存儲(chǔ)器量產(chǎn)，以及5G商用落地、AIoT和汽車(chē)電子創(chuàng)新度提高，SiP技術(shù)的大爆發(fā)已經(jīng)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)了。