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探究SiP封装技术的奥妙

发布时间:2019-04-25 02:41 来源:未知 编辑:admin

  摩尔定律已“死”,这绝对是一个老生常谈的话题。在拯救摩尔定律的道路上,人们挖尽心思。从设计角度出发,SoC将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。从封装立场看,SiP也踩着七彩祥云回到了人们视野面前。

  根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义:SiP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如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。从架构上来讲,SiP是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。

  笼统的概念不如伟创力总部高新技术部副总裁上官东凯,在第二届中国系统级封装大会上说的直白:“体积小、能模块化设计、具有高性能表现、适用于多领域应用,还能让企业做出差异化的优势。”显然,上官东凯对SiP的优势直言不讳。此外,他还提到了SiP在物联网领域的应用:“我们将SiP用在传感器上,外加一些处理器等,形成一个非常典型的物联网模组,成本得到了降低,且非常好用,不得不说SiP对物联网是一个非常适合的技术。”

  在汽车电子领域,安靠科技副总裁兼汽车电子部总经理Prasad Dhond也看到了比较广阔的前景。

  首先是2017年到2019年汽车销量仍在增长,但增速开始走缓(上左1),其次每辆汽车上电子内容的上升正在推动半导体增长(上图中),每辆车的平均半导体用量正在上升(上图右)。并且在汽车电子部件中,传感器、MCU、GPU、射频、毫米波雷达等的应用,让汽车上封装芯片变得越来越多。

  “在一个汽车上有40个系统,每个系统有250个电子元件,从元件到系统需要稳稳的把控安全与可靠性,怎么解决这个挑战呢?” Prasad Dhond提到了四个方向,一个是在设计之处就考虑到汽车电子的使用寿命,其次需要在各个电子元件的连接性上要做的非常好,再者就是要减少系统间不必要的冗余,最后还要多重检测,来修复每个发现的问题。“我们安靠在汽车SiP量产上已经能做到非常少甚至0的重复工作,未来目标是达到0失误。”显然Prasad Dhond在汽车SiP量产上充满信心。

  举个实例,汽车信息娱乐SiP,如上图。第一代接插卡类器件与第二代BGA器件相比,第二代不仅面积缩小了50%,元件数量得到了减少且提到了电气性能。比如在77GHZ雷达模块例子上,也能看出封装后的效果(如下图右下角)。Prasad Dhond总结一句话:“在汽车电子方向,SiP封装市场潜力非常巨大。”而汽车产品寿命长的特点,也让这个技术有了更多研发空间。

  那么对于有些厂商眼中开发周期非常短的产品呢?比如智能手机,SiP优势能否发挥出来?我们在维沃移动通信有限公司高级经理/器件开发三部唐林平口中得到了不一样的答案。

  毫无疑问,高度集成绝对是智能手机行业所追求的,虽然目前手机尺寸在不断扩大,从4.7寸到6.5寸,其实各厂商都在坚守5.5寸的长宽比例,因为手掌大小的固定,手机横向大小已经固化,而用户体验让手机不能太厚,技术原因导致手机不会太薄。功能的迭代,如单摄变双摄、三摄,5G等的出现对主板集成度的提升提了更高的要求。

  唐林平表示,在组装行业,2018年所做到的器件最小间距为0.2毫米,而SiP能做到100微米,这样的收益就非常可观。

  首先是维沃对Hi-Fi SiP的尝试,间距从组装0.2毫米到0.1毫米,得到的效果是节省50%的面积,性能也能差不多不变,但制造周期太长,显然对于其公司的手机三个月开发周期来讲,从手机设计到量产只有三个月,很难看到益处。

  其次是WiFi的SiP尝试,采用了和原有SOB(System on Board)同样的BOM(物料清单),在最开始的收益非常可观,而最终SOB与SiP占用的布板面积差值只有10%,显然收益不高。

  唐林平表示:“跟供应商进行探讨相关问题,SiP的确是行业的未来,可以降低尺寸,缩短开发周期。”系统公司怎么看呢?唐林平只能无奈道:“我们和友商在做SiP时,需要考虑时间、成本、最终效果等一些非常重要的东西,它的未来到底怎么样,其实存在很多可能性,但目前对于我们来说,不是太好的选择。”

  显然“不是太好的选择”被唐林平加上了众多的条件限制,但你并不能否认SiP对智能终端产品的影响。比如今年苹果发布会上亮相没多久的Apple Watch Series 4,苹果透过其S4 SiP突破其智能手表的性能极限在S4处理器中采用64位双核心CPU,带来较其现有装置更高2倍的性能。

  再比如,去年销量非常优异的iPhone X中,该款手机的前端模块RF是SiP设计。据相关资料介绍,iPhone X的先进RF SiP是由博通所开发,达到了前所未见的高整合度──在单封装中整合了18片滤波器、近30颗裸晶。

  苹果对SiP的青睐绝对是智能手机行业的风向标,此外,封测大厂日月光投控受惠于苹果新款iPhone及Apple Watch Series 4的SiP模组订单加持,9月份集团合并营收达392.76亿元新台币,较8月份的355.85亿元新台币成长10.4%。可见SiP不仅是先进技术的必然追求,更是市场蓬勃发展的一剂猛药。

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