從蘋果 SiP 封裝訂單落腳中國,來談 SiP 封裝現況

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 29 日 12:00 | 分類 Apple , 晶片 , 零組件 follow us in feedly
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日前,中國江蘇長電科技成功擊敗台灣日月光半導體,和日本村田一同獲得蘋果 SiP 模組訂單,而且長電科技斬獲的訂單比率超過訂單總額的 50% 以上。這是自長電科技以 7.8 億美元(其中積體電路大基金出資 1.4 億美元,中國銀行貸款 1.2 億美元)收購新加坡星科金朋以來首個重大訂單。受此鼓舞,長電科技投資 2 億美元擴充廠內 SiP 模組封測生產線,以完成蘋果以億為單位計算的訂單。



那麼什麼是 SiP 呢?和我們熟知的 SoC 有何差別呢?

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▲ 錯綜複雜的收購資本來源,至於背後真正的主使者,你懂的。

SoC 和 SiP

自積體電路器件的封裝從單個元件的開發,進入到多個元件的集成後,隨著產品效能的提升以及對輕薄和低耗需求的帶動下,邁向封裝整合的新階段。在此發展方向的引導下,形成了電子產業上相關的兩大新主流:系統單晶片 SoC(System on Chip)與系統化封裝 SiP(System in a Package)。

SoC 與 SiP 是極為相似,兩者均將一個包含邏輯元件、記憶體晶片,甚至包含被動元件的系統,整合在一個單位中。

SoC 是從設計的角度出發,是將系統所需的元件高度集成到一塊晶片上。

SiP 是從封裝的立場出發,對不同晶片進行並排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如 MEMS 或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝件。

構成 SiP 技術的要素是封裝載體與組裝工藝,前者包括 PCB、LTCC、Silicon Submount(其本身也可以是一塊 IC),後者包括傳統封裝製程(Wire bond 和 Flip Chip)和 SMT 設備。無源器件是 SiP 的一個重要組成部份,如傳統的電容、電阻、電感等,其中一些可以與載體集成為一體,另一些如精度高、Q 值高、數值高的電感、電容等透過 SMT 組裝在載體上。

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▲ SiP封裝

從集成度而言,一般情況下,SoC 只 AP 之類的邏輯系統,而 SiP 集成了 AP+mobile DDR,某種程度上說 SiP=SoC+DDR,隨著將來集成度越來越高,eMMC 也很有可能會集成到 SiP 中。

從封裝發展的角度來看,因電子產品在體積、處理速度或電性特性各方面的需求考量下,SoC 曾經被確立為未來電子產品設計的關鍵與發展方向。但隨著近年來 SoC 生產成本越來越高,頻頻遭遇技術障礙,造成 SoC 的發展面臨瓶頸,進而使 SiP 的發展越來越被業界重視。

 

SiP 的封裝形態

SiP 封裝技術採取多種裸晶片或模組進行排列組裝,若就排列方式進行區分可大體分為平面式 2D 封裝和 3D 封裝的結構。相對於 2D 封裝,採用堆疊的 3D 封裝技術又可以增加使用晶圓或模組的數量,從而在垂直方向上增加了可放置晶圓的層數,進一步增強 SiP 技術的功能整合能力。而內部接合技術可以是單純的線鍵合(Wire Bonding),也可使用覆晶接合(Flip Chip),也可二者混用。

另外,除了 2D 與 3D 的封裝結構外,還可以採用多功能性基板整合元件的方式──將不同元件內藏於多功能基板中,達到功能整合的目的。不同的晶片排列方式,與不同的內部接合技術搭配,使 SiP 的封裝形態產生多樣化的組合,並可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。

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▲ 幾種 SiP 封裝方案。

SiP 的技術難點

SiP 的主流封裝形式是 BGA,但這並不是說具備傳統先進封裝技術就掌握了 SiP 技術。

對於電路設計而言,三維晶片封裝將有多個裸片堆疊,如此複雜的封裝設計將帶來很多問題:比如多晶片集成在一個封裝內,晶片如何堆疊起來;再比如複雜的走線需要多層基板,用傳統的工具很難布通走線;還有走線之間的間距,等長設計,差分對設計等問題。

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此外,隨著模組複雜度的增加和工作頻率(時鐘頻率或載波頻率)的提高,系統設計的難度會不斷增加,設計者除具備必要的設計經驗外,系統性能的數值模擬也是必不可少的設計環節。

 

SiP 封裝技術市場前景如何?

與在印刷電路板上進行系統集成相比,SiP 能最大限度地優化系統性能、避免重複封裝、縮短開發週期、降低成本、提高集成度。相對於 SoC,SiP 還具有靈活度高、集成度高、設計週期短、開發成本低、容易進入等特點。

SiP 封裝可將其它如被動元件,以及天線等系統所需的元件整合於單一構裝中,使其更具完整的系統功能。由應用產品的觀點來看,SiP 更適用於低成本、小面積、高頻高速,以及生產週期短的電子產品上,尤其如功率放大器(PA)、全球定位系統、藍牙模組(Bluetooth)、影像感測模組、記憶卡等可攜式產品市場。

正因為 SiP 封裝具有靈活度高、集成度高、相對低成本、小面積、高頻高速、生產週期短的特點,SiP 封裝技術不僅可以廣泛用於工業應用和物聯網領域,在手機以及智慧手錶、智慧手環、智慧眼鏡等領域也有非常廣闊的市場。

目前智慧硬體廠商在設計智慧可穿戴裝置時,主要面臨的挑戰是如何將眾多的需求功能全部放入極小的空間內。以智慧眼鏡為例,在硬體設計部份就需要考量無線通訊、應用處理器、儲存記憶體、攝影鏡頭、微投影顯示器、感應器、麥克風等主要元件特性及整合方式,也須評估在元件整合於系統板後的相容性及整體的運作效能。

而運用 SiP 系統微型化設計,能以多元件整合方式,簡化系統設計並滿足設備微型化。在不改變外觀條件下,又能增加產品的可攜性和無線化以及即時性的優勢。

目前全世界封裝的產值只佔積體電路總值的 10%,而 SiP 的出現很可能將打破目前積體電路的產業格局,改變封裝僅僅是一個後續加工廠的狀況。未來積體電路產業中也許會出現一批結合設計能力與封裝工藝的實體,掌握有自己品牌的產品和利潤。當 SiP 技術被封裝企業掌握後,封裝業的產值可能會出現一定幅度的提高。

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

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