SiP封裝技術(shù)“驚艷四方”,不僅僅是省錢那么簡單
摩爾定律已“死”,這絕對(duì)是一個(gè)老生常談的話題。在拯救摩爾定律的道路上,人們挖盡心思。從設(shè)計(jì)角度出發(fā),SoC將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯片上。從封裝立場(chǎng)看,SiP也踩著七彩祥云回到了人們視野面前。
根據(jù)國際半導(dǎo)體路線組織(ITRS)的定義:SiP為將多個(gè)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(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)。從架構(gòu)上來講,SiP是將多種功能芯片,包括處理器、存儲(chǔ)器等功能芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。
籠統(tǒng)的概念不如偉創(chuàng)力總部高新技術(shù)部副總裁上官東凱,在第二屆中國系統(tǒng)級(jí)封裝大會(huì)上說的直白:“體積小、能模塊化設(shè)計(jì)、具有高性能表現(xiàn)、適用于多領(lǐng)域應(yīng)用,還能讓企業(yè)做出差異化的優(yōu)勢(shì)?!憋@然,上官東凱對(duì)SiP的優(yōu)勢(shì)直言不諱。此外,他還提到了SiP在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用:“我們將SiP用在傳感器上,外加一些處理器等,形成一個(gè)非常典型的物聯(lián)網(wǎng)模組,成本得到了降低,且非常好用,不得不說SiP對(duì)物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常適合的技術(shù)。”
在汽車電子領(lǐng)域,安靠科技副總裁兼汽車電子部總經(jīng)理Prasad Dhond也看到了比較廣闊的前景。
首先是2017年到2019年汽車銷量仍在增長,但增速開始走緩(上左1),其次每輛汽車上電子內(nèi)容的上升正在推動(dòng)半導(dǎo)體增長(上圖中),每輛車的平均半導(dǎo)體用量正在上升(上圖右)。并且在汽車電子部件中,傳感器、MCU、GPU、射頻、毫米波雷達(dá)等的應(yīng)用,讓汽車上封裝芯片變得越來越多。
“在一個(gè)汽車上有40個(gè)系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)有250個(gè)電子元件,從元件到系統(tǒng)需要穩(wěn)穩(wěn)的把控安全與可靠性,怎么解決這個(gè)挑戰(zhàn)呢?” Prasad Dhond提到了四個(gè)方向,一個(gè)是在設(shè)計(jì)之處就考慮到汽車電子的使用壽命,其次需要在各個(gè)電子元件的連接性上要做的非常好,再者就是要減少系統(tǒng)間不必要的冗余,最后還要多重檢測(cè),來修復(fù)每個(gè)發(fā)現(xiàn)的問題?!拔覀儼部吭谄嘢iP量產(chǎn)上已經(jīng)能做到非常少甚至0的重復(fù)工作,未來目標(biāo)是達(dá)到0失誤?!憋@然Prasad Dhond在汽車SiP量產(chǎn)上充滿信心。
舉個(gè)實(shí)例,汽車信息娛樂SiP,如上圖。第一代接插卡類器件與第二代BGA器件相比,第二代不僅面積縮小了50%,元件數(shù)量得到了減少且提到了電氣性能。比如在77GHZ雷達(dá)模塊例子上,也能看出封裝后的效果(如下圖右下角)。Prasad Dhond總結(jié)一句話:“在汽車電子方向,SiP封裝市場(chǎng)潛力非常巨大?!倍嚠a(chǎn)品壽命長的特點(diǎn),也讓這個(gè)技術(shù)有了更多研發(fā)空間。
那么對(duì)于有些廠商眼中開發(fā)周期非常短的產(chǎn)品呢?比如智能手機(jī),SiP優(yōu)勢(shì)能否發(fā)揮出來?我們?cè)诰S沃移動(dòng)通信有限公司高級(jí)經(jīng)理/器件開發(fā)三部唐林平口中得到了不一樣的答案。
毫無疑問,高度集成絕對(duì)是智能手機(jī)行業(yè)所追求的,雖然目前手機(jī)尺寸在不斷擴(kuò)大,從4.7寸到6.5寸,其實(shí)各廠商都在堅(jiān)守5.5寸的長寬比例,因?yàn)槭终拼笮〉墓潭ǎ謾C(jī)橫向大小已經(jīng)固化,而用戶體驗(yàn)讓手機(jī)不能太厚,技術(shù)原因?qū)е率謾C(jī)不會(huì)太薄。功能的迭代,如單攝變雙攝、三攝,5G等的出現(xiàn)對(duì)主板集成度的提升提了更高的要求。
唐林平表示,在組裝行業(yè),2018年所做到的器件最小間距為0.2毫米,而SiP能做到100微米,這樣的收益就非??捎^。
隨后唐林平舉了公司對(duì)SiP的嘗試,卻發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)違背市場(chǎng)最優(yōu)選擇的意思。
首先是維沃對(duì)Hi-Fi SiP的嘗試,間距從組裝0.2毫米到0.1毫米,得到的效果是節(jié)省50%的面積,性能也能差不多不變,但制造周期太長,顯然對(duì)于其公司的手機(jī)三個(gè)月開發(fā)周期來講,從手機(jī)設(shè)計(jì)到量產(chǎn)只有三個(gè)月,很難看到益處。
其次是WiFi的SiP嘗試,采用了和原有SOB(System on Board)同樣的BOM(物料清單),在最開始的收益非??捎^,而最終SOB與SiP占用的布板面積差值只有10%,顯然收益不高。
唐林平表示:“跟供應(yīng)商進(jìn)行探討相關(guān)問題,SiP的確是行業(yè)的未來,可以降低尺寸,縮短開發(fā)周期?!毕到y(tǒng)公司怎么看呢?唐林平只能無奈道:“我們和友商在做SiP時(shí),需要考慮時(shí)間、成本、最終效果等一些非常重要的東西,它的未來到底怎么樣,其實(shí)存在很多可能性,但目前對(duì)于我們來說,不是太好的選擇?!?
顯然“不是太好的選擇”被唐林平加上了眾多的條件限制,但你并不能否認(rèn)SiP對(duì)智能終端產(chǎn)品的影響。比如今年蘋果發(fā)布會(huì)上亮相沒多久的Apple Watch Series 4,蘋果透過其S4 SiP突破其智能手表的性能極限——在S4處理器中采用64位雙核心CPU,帶來較其現(xiàn)有裝置更高2倍的性能。
再比如,去年銷量非常優(yōu)異的iPhone X中,該款手機(jī)的前端模塊RF是SiP設(shè)計(jì)。據(jù)相關(guān)資料介紹,iPhone X的先進(jìn)RF SiP是由博通所開發(fā),達(dá)到了前所未見的高整合度──在單封裝中整合了18片濾波器、近30顆裸晶。
蘋果對(duì)SiP的青睞絕對(duì)是智能手機(jī)行業(yè)的風(fēng)向標(biāo),此外,封測(cè)大廠日月光投控受惠于蘋果新款iPhone及Apple Watch Series 4的SiP模組訂單加持,9月份集團(tuán)合并營收達(dá)392.76億元新臺(tái)幣,較8月份的355.85億元新臺(tái)幣成長10.4%。可見SiP不僅是先進(jìn)技術(shù)的必然追求,更是市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的一劑猛藥。