SiP被遺忘幾十年 只因摩爾定律走不下去才回歸大眾視線

從蘋(píng)果第一次公開(kāi)宣布在iwhach智能手表中采用SiP技術(shù)，SiP受關(guān)注程度日益提升，甚至被認(rèn)為是“拯救”摩爾定律的正解之一。

SiP與近親SoC

業(yè)內(nèi)認(rèn)為摩爾定律繼續(xù)有兩條可行之路：一條是按照摩爾定律往下發(fā)展，CPU、內(nèi)存、邏輯器件等將是這條路徑的主導(dǎo)者與踐行者，這些產(chǎn)品占據(jù)了市場(chǎng)的50％；另一外是超越摩爾定律的MorethanMoore路線，模擬／RF器件，無(wú)源器件、電源管理器件等，從一味追求功耗下降、性能提升，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市場(chǎng)需求。

針對(duì)這兩條路徑，分別誕生了兩種產(chǎn)品：SoC與SiP。

SoC（SystemOnaChip系統(tǒng)級(jí)芯片）是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，是將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯片上。

SiP（SystemInaPackage系統(tǒng)級(jí)封裝）是從封裝的立場(chǎng)出發(fā)，對(duì)不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式，將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與可選無(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)。

當(dāng)然，要談及SoC與SiP兩者的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，較理性的說(shuō)法就是“互為補(bǔ)充”，SoC主要應(yīng)用于更新?lián)Q代較慢的產(chǎn)品和軍事裝備要求高性能的產(chǎn)品，SiP主要用于換代周期較短的消費(fèi)類產(chǎn)品，如手機(jī)等。SiP在消費(fèi)領(lǐng)域炙手可熱的主要原因之一就是可集成各種無(wú)源元件。一部手機(jī)中，無(wú)源器件與有源器件的比例高于50：1，SiP可以為數(shù)量眾多的無(wú)源器件找到合適的“歸宿”。

對(duì)于高度集成的SoC而言，在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)數(shù)字、模擬、RF等功能，工藝兼容成為一大難題。而SiP卻可在實(shí)現(xiàn)高度集成的情況下，規(guī)避掉這一問(wèn)題。

從封裝發(fā)展的角度來(lái)看，SiP是SOC封裝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)；從集成度角度出發(fā)，SoC只集成AP之類的邏輯系統(tǒng)，我們可以將SiP理解為SoC的替代方案，兩者的關(guān)系可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式表示：

SiP＝SoC＋DDR＋eMMC＋……

SiP的昨天、今天與明天

美國(guó)是率先開(kāi)始系統(tǒng)級(jí)封裝研究的國(guó)家，其前身是早在上世紀(jì)就開(kāi)始為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和特定的軍事／航空航天電子設(shè)備研發(fā)的MCM（多芯片模塊）。但由于摩爾定律不斷向前發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)更便宜和更輕松地將所有東西放置于一塊芯片上，所以這種封裝方案被沒(méi)有得到大范圍的采用。而如今，摩爾定律走到了瓶頸期，SiP再次被重視起來(lái)。

最早商業(yè)化的SiP模塊電路是手機(jī)中的功率放大器，這類模塊中可集成多頻功放、功率控制及收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等功能。SiP模塊廣泛應(yīng)用于無(wú)線通訊、汽車電子、醫(yī)療電子、計(jì)算機(jī)、軍用電子等領(lǐng)域，無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用是最早的，也是最廣泛的。

Applewatch的內(nèi)部的S1模組，就是典型的SiP模塊。它將AP、BB、WiFi、Bluetooth、PMU、MEMS等功能芯片以及電阻、電容、電感、巴倫、濾波器等被動(dòng)器件都集成在一個(gè)封裝內(nèi)部，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

有一點(diǎn)值得注意，PCB板并不遵從摩爾定律，是整個(gè)系統(tǒng)性能提升的瓶頸。PCB技術(shù)發(fā)展到今天，布線密度難以提高，器件組裝難度也日益加大，互聯(lián)長(zhǎng)度及器件封裝引腳的寄生效應(yīng)都影響著系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。由于具備相似的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)，SiP技術(shù)自然成為高端PCB的最佳替代。目前，很多系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用SiP技術(shù)部分或者全部取代原有的PCB。

SiP改變了PCB作為承載芯片連接之間的載體這一成不變的定義。

SiP封裝技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)：

－將不同用途的集成電路芯片以集成電路封裝手段進(jìn)行整合，可將原有的電子電路減少70％～80％以上，整體硬件平臺(tái)的運(yùn)行功耗也會(huì)因?yàn)镻CB電路板縮小而減少。產(chǎn)品在整體功耗、體積等方面獲得改善；

－將原本離散的功能設(shè)計(jì)或元件整合在單一芯片內(nèi)，不僅可以避免設(shè)計(jì)方案被抄襲復(fù)制，也能透過(guò)多功能芯片整合的優(yōu)勢(shì)讓最終產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

封裝效率高、產(chǎn)品上市周期短、兼容性好、降低系統(tǒng)成本、物理尺寸小、電性能高、低功耗、穩(wěn)定性好、應(yīng)用廣泛，這叫各產(chǎn)業(yè)如何無(wú)法抗拒SiP的誘惑？

SiP技術(shù)是多年來(lái)一直存在的技術(shù)之延伸。奠基于現(xiàn)有如倒裝芯片flipchip、晶圓凸塊waferbumping、引線接合wirebonding和扇形晶圓級(jí)封裝fan－outwafer－levelpackaging等的封裝技術(shù)。甚至可以這樣理解：FOWLP在面積擴(kuò)展的同時(shí)也加了有源或無(wú)源器件以形成SiP。

SiP的主流封裝形式是BGA，但這并不是說(shuō)具備傳統(tǒng)先進(jìn)封裝技術(shù)就掌握了SiP技術(shù)。

SiP封裝技術(shù)采取多種裸芯片或模塊進(jìn)行排列組裝，若就排列方式進(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。而內(nèi)部接合技術(shù)可以是單純的線鍵合（WireBonding），也可使用覆晶接合（FlipChip），也可二者混用。除了2D與3D的封裝結(jié)構(gòu)外，還可以采用多功能性基板整合組件的方式。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，并可依照客戶或產(chǎn)品的需求加以客制化或彈性生產(chǎn)。

不過(guò)，SiP在合格率與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面尚有待進(jìn)一步提高。

據(jù)預(yù)計(jì)，SiP在智能手機(jī)中的滲透率將從2016年的10％迅速提升到2018年的40％。

先進(jìn)封裝是摩爾定律的重要助推力，對(duì)于企業(yè)而言，先進(jìn)封裝也是封裝業(yè)的產(chǎn)值提升的一大利器。目前全世界封裝的產(chǎn)值只占積體電路總值的10％左右，若SiP從熱們到主流，這一占比必將提高，封裝業(yè)產(chǎn)值必將出現(xiàn)一定幅度的提高，很可能將打破目前積體電路的產(chǎn)業(yè)格局。

手機(jī)中使用SiP的顆數(shù)也在逐漸增多；SiP在無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用最早，也是應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域；汽車電子是SiP的重要應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、燃油噴射控制系統(tǒng)、安全氣囊電子系統(tǒng)、方向盤(pán)控制系統(tǒng)、輪胎低氣壓報(bào)警系統(tǒng)等SiP應(yīng)用正在逐漸增加；SiP在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用主要來(lái)自于將處理器和存儲(chǔ)器集成在一起……