關(guān)于 SiP的11個(gè)誤區(qū)

1. 關(guān)于什么是系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，業(yè)界有一致的看法。

實(shí)際上是五花八門。SiP的定義差異如此之大，以至于TechSearch International近期的SiP報(bào)告(1)，第一章羅列出了來(lái)自一系列SiP供應(yīng)商和用戶超過(guò)20多個(gè)的SiP定義。為了給報(bào)告和預(yù)測(cè)確定依據(jù)，第一章對(duì)SIP提供以下定義：

“系統(tǒng)級(jí)封裝(System-in-Package)是一個(gè)集成在標(biāo)準(zhǔn)封裝內(nèi)的功能系統(tǒng)或子系統(tǒng)，例如LGA, FBGA, QFN, 或 FO- WLP。它包含兩個(gè)或多個(gè)不同的芯片，通常與其他組件組合，如無(wú)源器件、濾波器、MEMS、傳感器和天線。這些組件一起被安裝在基板上用于創(chuàng)建定制化，高度集成化的產(chǎn)品，去達(dá)到設(shè)定的應(yīng)用。SiPs可以使用先進(jìn)的封裝組合，包括裸芯片(絲焊或倒裝芯片)、晶圓級(jí)封裝、預(yù)先封裝的集成電路(如CSPs)、堆疊封裝、堆疊芯片，或這些的任意組合。”

此定義認(rèn)為多芯片封裝(MCP)和多芯片模塊(MCM)不是SiP，但不同的供應(yīng)商認(rèn)為這可以是SiP。這對(duì)分析和預(yù)測(cè)SiP市場(chǎng)增加了挑戰(zhàn)。許多MCPs諸如堆疊芯片封裝(CSP)之類的器件組合，這種封裝產(chǎn)品會(huì)將閃存和RAM通過(guò)多個(gè)芯片堆疊一起，以達(dá)到提供更大的存儲(chǔ)容量，或者使用MCM或模塊，其中的解決方案是自定義裝配格式，而不是像細(xì)間距球柵陣列(FBGA)那樣的標(biāo)準(zhǔn)封裝平臺(tái)。

2. SiP與SoC競(jìng)爭(zhēng)

它們是互相補(bǔ)充完善，而非競(jìng)爭(zhēng)。片上系統(tǒng)(SoC)長(zhǎng)期以來(lái)一直是一種非常有效的策略，可以將已建立的IP塊集成到大容量應(yīng)用程序中，以承擔(dān)與SoC (2)有關(guān)的大量CMOS設(shè)計(jì)及掩模費(fèi)用(可能超過(guò)$3億元)。然而，今天的系統(tǒng)和半導(dǎo)體設(shè)計(jì)師，正在尋找像SiP這樣的異構(gòu)集成解決方案：

Ø 上市時(shí)間更快。

Ø 設(shè)計(jì)、NRE和開(kāi)發(fā)成本更低(很少超過(guò)$10萬(wàn)元)。

Ø 可以集成半導(dǎo)體器件(有源和無(wú)源)，但在CMOS中無(wú)法很好擴(kuò)展。

3. SiP 需要 KGD

KGD不是必須的，但可能是必要的。許多SiP產(chǎn)品都是使用與單芯片封裝產(chǎn)品相同的晶圓探針測(cè)試的芯片組裝的。對(duì)于需要昂貴的基板或元件材料清單(BOM)的復(fù)雜SiP，使用已知的好芯片(KGD)可能是正確的保證質(zhì)量和可靠性的策略。SiP產(chǎn)品的大規(guī)模組裝量產(chǎn)所需芯片是以晶圓形式提供的，因此定義最佳探針測(cè)試流程(可能包括熔接或電壓篩選)對(duì)于開(kāi)發(fā)KGD策略和供應(yīng)鏈(3)至關(guān)重要。

4. 異構(gòu)集成(HI) 將取代 SiP

HI應(yīng)當(dāng)被視為超越摩爾定律的半導(dǎo)體技術(shù)路線圖的宏觀圖景。而SiP是將各種半導(dǎo)體器件集成在一個(gè)給定的封裝平臺(tái)。國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖(ITRS)正在從關(guān)注于半導(dǎo)體制造規(guī)模的路線圖，過(guò)渡到概述異構(gòu)集成技術(shù)的挑戰(zhàn)和要求的路線圖(4)。

5. SiP需要PCB層壓基板

由于電源管理應(yīng)用對(duì)無(wú)源集成(主要是電容器和電感器)的強(qiáng)勁需求，基于引線框架的SiPs正在強(qiáng)勁增長(zhǎng)。Prismark Partners預(yù)測(cè)，到2020年，將有超過(guò)50億個(gè)基于引線框架的電源模塊交付使用(5)。引線框架提供低成本和高導(dǎo)熱，使其成為低I/O、高功率要求的強(qiáng)大的SiP平臺(tái)。在觸點(diǎn)陣列(LGA)和球柵陣列(BGA)配置中，基于層壓板的SiP主要以片狀形式組裝，為最廣泛的SiP應(yīng)用提供服務(wù)。由于層壓制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，層壓板支持更高密度的互連要求，具有廣泛的設(shè)計(jì)靈活性。焊線、倒裝芯片(FC)、堆疊芯片、嵌入式芯片或無(wú)源器件以及高密度SMT都可以通過(guò)層壓板基板輕松實(shí)現(xiàn)。

新興的高布線密度應(yīng)用正在縮小導(dǎo)體線，使線距低于12微米，未來(lái)產(chǎn)品規(guī)劃低于5微米。這推動(dòng)了新的SiP平臺(tái)的采用和開(kāi)發(fā)，例如FanOut晶圓或面板級(jí)CSP，或者使用具有高縱橫比通孔的硅或玻璃基轉(zhuǎn)接板。

6. SiP是平面2D組件

隨著芯片堆疊、封裝產(chǎn)品內(nèi)嵌產(chǎn)品、封裝(POP)堆疊技術(shù)和嵌入式芯片技術(shù)的發(fā)展，3D封裝體系結(jié)構(gòu)在尺寸和性能上都優(yōu)于2D平面組件。3D SiP 解決方案可以提供以下性能優(yōu)勢(shì)：

Ø 3D SiP不僅可以減少印刷電路板組件(PCBA)的封裝占用空間，還可以通過(guò)3D集成技術(shù)提高半導(dǎo)體容量與封裝比。增加的半導(dǎo)體容量包括有源和無(wú)源器件的3D集成。

Ø 減少封裝占用空間可以改善封裝翹曲控制、改進(jìn)相關(guān)PCBA組件、以及提高二級(jí)焊點(diǎn)可靠性。

Ø 可以通過(guò)短垂直互連減少電路延遲，提供更好的電氣性能。

Ø 能夠在半導(dǎo)體器件之間實(shí)現(xiàn)EMI / RFI屏蔽隔離，以滿足RF和數(shù)字集成的要求。

7. SiP體系結(jié)構(gòu)、處理技術(shù)和材料比供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)模式更加重要。

供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)模式?jīng)Q定了SiP在市場(chǎng)中的成敗。一個(gè)SiP解決方案的電子材料清單(eBOM)可能包含100個(gè)組件，但是如果有一個(gè)組件由于交付或質(zhì)量問(wèn)題不可用，那么SiP制造就會(huì)停止。

SiP解決方案需要先進(jìn)的微電子封裝組裝和測(cè)試能力。在過(guò)去的50年里，半導(dǎo)體和電子行業(yè)外包制造服務(wù)的強(qiáng)勁發(fā)展趨勢(shì)，委外封測(cè)代工廠(OSAT)在開(kāi)發(fā)和擴(kuò)大先進(jìn)封裝技術(shù)方面一直處于領(lǐng)先地位。當(dāng)前委外封測(cè)代工從產(chǎn)品封裝測(cè)試的合約供應(yīng)商到半導(dǎo)體客戶的這種商業(yè)合作模式只是僅靠提供硅片。因此，OSAT供應(yīng)鏈必需關(guān)注設(shè)備、電路載體(引線框架、基板等)和材料要求。在過(guò)去的15年里，智能手機(jī)應(yīng)用推動(dòng)了SiP的增長(zhǎng)，這要求OSAT供應(yīng)鏈開(kāi)發(fā)電子元件的供應(yīng)資源。然而，OSATs采購(gòu)的電子組件比例很小(估計(jì)約1%)，因此，在我們目前所處的電子組件業(yè)務(wù)環(huán)境受限的情況下(不斷上漲的組件價(jià)格和交付時(shí)間)要求一個(gè)完整的總包業(yè)務(wù)模式，可能會(huì)對(duì)SiPs的成本和上市時(shí)間產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，SiP客戶應(yīng)該與OSAT供應(yīng)商合作，確定最佳業(yè)務(wù)模式。

Ø 客供模式 - SiP客戶采購(gòu)和提供給電子元器件給OSAT，由OSAT負(fù)責(zé)管理。

Ø 價(jià)格傳遞(PTP)模式 - SiP客戶對(duì)關(guān)鍵元器件與元件供應(yīng)商有合同協(xié)議，并與OSAT制定供應(yīng)條款，將與元器件供應(yīng)商商議后的價(jià)格傳遞給OSAT去購(gòu)買元器件。

o 常見(jiàn)于定制組件或是客戶認(rèn)證過(guò)的元件供應(yīng)資源有限。

Ø 總包模式 - SiP客戶要求OSAT供應(yīng)商采購(gòu)并管理所有電子元件的物料。

Ø 組合業(yè)務(wù)模式 -某些主要元件可能按客供或是按價(jià)格傳遞方式，或一些標(biāo)準(zhǔn)元件由OSAT采購(gòu)。

8. 半導(dǎo)體行業(yè)沒(méi)有新的商業(yè)模式

過(guò)去三年內(nèi)，隨著半導(dǎo)體行業(yè)并購(gòu)的數(shù)量和金額創(chuàng)下新高(6)，行業(yè)分析師和行業(yè)主編開(kāi)始著重關(guān)注市場(chǎng)整合的趨勢(shì)與影響。由于進(jìn)場(chǎng)成本高，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展速度放緩且競(jìng)爭(zhēng)激烈，行業(yè)分析師認(rèn)為半導(dǎo)體行業(yè)幾乎不會(huì)再有新的市場(chǎng)參與者或業(yè)務(wù)模式。分析師們推測(cè)以下商業(yè)模式將會(huì)繼續(xù)主導(dǎo)未來(lái)的半導(dǎo)體行業(yè)

Ø IDM(國(guó)際整合元件制造商)- 擁有并保持半導(dǎo)體制造工廠。

Ø 無(wú)工廠器件供應(yīng)商 - 專注于設(shè)計(jì)和IP，并依靠合同制造商來(lái)生產(chǎn)、組裝并測(cè)試他們的產(chǎn)品。

Ø 晶圓代工廠 - 向IDM和無(wú)工廠供應(yīng)商提供半導(dǎo)體生產(chǎn)服務(wù)

然而，SiP技術(shù)正在促使一種新的半導(dǎo)體商業(yè)模式出現(xiàn)。在這種商業(yè)模式中，由一家電子系統(tǒng)集成供應(yīng)商，依靠先進(jìn)的基板和微電子組裝技術(shù)，通過(guò)集成各種半導(dǎo)體元器件去設(shè)計(jì)系統(tǒng)或子系統(tǒng)解決方案，然后用SiP封裝形式去實(shí)現(xiàn)。Octavo Systems就是這種新型商業(yè)模型的一個(gè)例子(7)。圖1展示了采用 21 x 21mm 256 BGA SiP的解決方案交付的Octavo OSD335x-SM產(chǎn)品(集成Bare Die和封裝好的IC)。

Octavo Systems的網(wǎng)站是一個(gè)很好的信息來(lái)源，可以了解將SiP作為系統(tǒng)集成平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)和解決方案，以此了解系統(tǒng)集成解決方案供應(yīng)商這種新型商業(yè)模式的潛力，并探索可用于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的產(chǎn)品創(chuàng)新與新服務(wù)。新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正在各種行業(yè)涌現(xiàn)，包括銀行業(yè)、制造業(yè)、零售業(yè)、醫(yī)療保健、運(yùn)輸業(yè)、公用事業(yè)和政府部門。預(yù)計(jì)到2020年，基于物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)收入將接近2700億元(8)。

圖1：Octavo系統(tǒng)OSD335x-SM 基于BGA SiP的產(chǎn)品

9. SiP 僅用于小型化

小型化是SiP的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，但是性能和系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)于當(dāng)今更高級(jí)別的集成來(lái)說(shuō)同樣重要。許多OEM系統(tǒng)供應(yīng)商增加聘請(qǐng)了具有豐富微電子封裝經(jīng)驗(yàn)的工程師，以幫助他們有更好的定義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和新的供應(yīng)鏈，從而擴(kuò)大對(duì)SiP 和模塊解決方案的使用。這些OEM系統(tǒng)供應(yīng)商能得到來(lái)自電氣、熱力和機(jī)械設(shè)計(jì)/仿真團(tuán)隊(duì)的支持，這些團(tuán)隊(duì)掌握了優(yōu)化系統(tǒng)性能或可靠性所需的工具。半導(dǎo)體和OSAT供應(yīng)商也擴(kuò)大了他們的工程和設(shè)計(jì)/仿真團(tuán)隊(duì)，以應(yīng)用更廣泛的、先進(jìn)的封裝技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)新的SiP 解決方案。晶圓代工廠和電子制造服務(wù)(EMS)供應(yīng)商也提高了技術(shù)和產(chǎn)能，提供如SiP 或模塊的高度集成的解決方案。SiP 的使用正迅速擴(kuò)展到如物聯(lián)網(wǎng)連接的低性能產(chǎn)品應(yīng)用，和諸如5G網(wǎng)站的高性能系統(tǒng)應(yīng)用。

10. SiP 受限于單一供應(yīng)來(lái)源

這是不正確的。多源采購(gòu)是大批量生產(chǎn)的常見(jiàn)要求。許多的委外封測(cè)代工廠(OSAT)具有先進(jìn)的封裝組裝能力，并提供廣泛的SiP封測(cè)服務(wù)。如果為了滿足大批量生產(chǎn)或保證供應(yīng)需要多源采購(gòu)，建議制定供應(yīng)鏈戰(zhàn)略來(lái)應(yīng)對(duì)：

Ø 復(fù)制完全相同或等同的要求。復(fù)制等同的要求可以使得供應(yīng)商使用其驗(yàn)證過(guò)的材料，并為無(wú)源組件提供替代的供應(yīng)商資源。

Ø 認(rèn)證多個(gè)供應(yīng)商資源。

Ø 市場(chǎng)份額協(xié)議給到一定的生產(chǎn)量，和維持有能力的供應(yīng)商資源。

Ø 公開(kāi)分享設(shè)計(jì)或制造成本和質(zhì)量改進(jìn)。

Ø 到期產(chǎn)品管理。

11. SiP僅在用于性能較低的產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

SiP解決方案適用于一系列廣泛的產(chǎn)品應(yīng)用。計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)品應(yīng)用需要高性能的解決方案，需要復(fù)雜的電氣、導(dǎo)熱和機(jī)械要求的同時(shí)保證產(chǎn)品壽命。SiP解決方案不僅限于低性能要求，隨著3D SiP體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，可以通過(guò)增加帶寬、降低功耗、增加功能和集成混合半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)小型化和半導(dǎo)體集成，從而提高系統(tǒng)性能;產(chǎn)品體積更小，并加快了上市時(shí)間。