脫離摩爾定律發(fā)展規(guī)律,SiP將成為超越摩爾定律的殺手锏,在5G、人工智能、數(shù)據(jù)中心、高性能計算等領域發(fā)揮重要作用。
近年來,摩爾定律逐漸進入難以提升的“紅區(qū)”,集成電路也逐漸走到發(fā)展的瓶頸期。為進一步提升集成電路系統(tǒng)性能、降低成本依賴、提升功能密度,先進封裝技術正朝著高密度、高性能、低成本的方向發(fā)展。
圖:摩爾定律曲線
三十年前,封裝標準還是金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝。如今,先進封裝已經(jīng)進入了“寒武紀”,各種封裝模式層出不窮。先進封裝技術主要分為兩大類,一類是基于XY平面延伸,主要通過再分布層(RDL)進行信號延伸和互聯(lián),包括倒裝芯片(Flip Chip)、扇出型晶圓級封裝(FOWLP)、扇出型面板級封裝(FOPLP)等。另一類是基于Z軸延伸,通過硅通孔(TSV)進行信號延伸和互聯(lián),包括硅通孔(TSV)技術、襯底晶圓級芯片封裝(CoWoS)等。
其中,SiP(系統(tǒng)級封裝)成為后摩爾時代實現(xiàn)超高密度和多功能集成的關鍵技術,在5G、人工智能、數(shù)據(jù)中心、高性能計算等領域發(fā)揮重要作用。5月21日,第五屆中國系統(tǒng)級封裝大會在上海召開,來自SiP上下游的廠商進行了專業(yè)的技術交流,共同探討SiP未來的發(fā)展趨勢與技術演進。
SiP持續(xù)創(chuàng)新
SiP技術應用廣泛,采用SiP技術的產(chǎn)品應用場景囊括了智能手表、智能眼鏡、TWS耳機等可穿戴設備,5G、AI等物聯(lián)網(wǎng)相關應用,以及智能汽車等多個領域。
《USI&ASE系統(tǒng)級封裝技術發(fā)展路線圖》 環(huán)旭電子 趙健
從低端到高端,終端應用中的各種I/O和封裝尺寸中都可以找到SiP技術的身影。芯片的高度集成化要求SiP封裝不斷迭代升級,以滿足高性能和低時間成本的異構集成需求。在移動前端和高性能計算(HPC)市場,SiP封裝技術不斷推進和革新。異構集成和Chiplets(小芯片)也逐漸成為推動高性能計算發(fā)展的關鍵技術。
圖:SiP封裝技術發(fā)展路線
超越摩爾定律
摩爾定律發(fā)展至今,半導體工藝制程已經(jīng)接近物理極限,由此分散出兩條道路:摩爾定律和超越摩爾定律。SoC(片上系統(tǒng))是將所有電子元器件集成到一個芯片上,以組成獨立運行的系統(tǒng),它將繼續(xù)沿用摩爾定律,朝更加小型化方向緩慢發(fā)展。SiP則是將多種功能芯片集成在一個封裝內,從而實現(xiàn)一個基本完整的功能/系統(tǒng),是超越摩爾定律的重要路徑。
根據(jù)國際半導體路線組織(ITRS)的定義,SiP是指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、光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起,實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件,形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。
超越摩爾定律將芯片發(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升,轉向更加務實多樣的市場需求滿足。集成電路及系統(tǒng)復雜度不斷增加,封裝集成度不斷上升,未來芯片的發(fā)展方向應該是SoC與SiP深度融合,賦能系統(tǒng)更高的性能和價值。
圖:摩爾定律VS超越摩爾定律
SiP市場大有可為
在摩爾定律式微的趨勢下,隨著5G、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術的不斷融合升級,對芯片封裝技術的要求也日益增長。當單芯片集成進展停滯的時候,SiP脫穎而出。
SiP具有多項優(yōu)勢,可以從XYZ三軸方向對模組進行縮小,為終端設備提供更多的空間,整合FATP(最后試驗裝配和包裝)工序流程,極大降低FATP難度。此外,SiP提供模組化封裝技術,提供更好的電磁屏蔽方式,提高系統(tǒng)可靠性,降低整體生產(chǎn)成本。
《USI&ASE系統(tǒng)級封裝技術發(fā)展路線圖》 趙健 環(huán)旭電子
憑借其低成本、高效率、簡單的制造流程等優(yōu)勢,SiP技術在智能手機、可穿戴設備、工業(yè)控制、智能汽車等新興領域得到廣泛應用。據(jù)Yole報告顯示,2019年SiP市場份額達134億美元,預計到2025年市場份額將增長至188億美元,年復合增長率達6%。未來五年,SiP市場持續(xù)向好,大有可為。
圖:2019-2025年SiP市場份額預測
《系統(tǒng)級封裝關鍵技術及在智能終端的應用》 田德文 歌爾微電子