小型化趨勢凸顯SiP優(yōu)勢 構(gòu)建完善產(chǎn)業(yè)鏈是關鍵
SiP在消費電子領域已經(jīng)成為越來越重要的應用技術之一,并且其產(chǎn)品也漸漸呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。政府應該加強引導,促進產(chǎn)業(yè)供應鏈企業(yè)打破藩籬攜手合作,共同營造更完善的SiP發(fā)展環(huán)境。
根據(jù)國際半導體技術藍圖(ITRS)的定義,SiP(系統(tǒng)級封裝)是指將多個具有不同功能的主動組件與被動組件,以及諸如微機電系統(tǒng)(MEMS)、光學組件等其他組件組合在同一封裝,使其成為可提供多種功能的單顆標準封裝組件,從而形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。
隨著消費性電子與移動通信產(chǎn)品的快速發(fā)展,相關電子產(chǎn)品功能整合日趨多樣,在外觀設計薄型化與產(chǎn)品開發(fā)周期日益縮短的雙重壓力下,SiP在消費電子領域已經(jīng)成為越來越重要的應用技術之一(見表1),并且其產(chǎn)品也漸漸呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。政府應該加強引導產(chǎn)業(yè)供應鏈間打破藩籬,攜手合作,共同營造更完善的SiP發(fā)展環(huán)境,這是當務之急。
SiP助力電子產(chǎn)品功能多樣化
SoC(系統(tǒng)單芯片)與SiP的目標均是實現(xiàn)多種系統(tǒng)功能的高度整合,前者是利用半導體前段制程的電路設計來完成,后者則是依靠后端封裝技術來達到,兩者殊途同歸。
早在10多年前,SiP這種異質(zhì)整合的觀念即已在歐美半導體業(yè)界萌芽,只不過,互補金屬氧化半導體(CMOS)的技術進展日新月異,這讓SoC的發(fā)展隨著摩爾定律的腳步不斷演進,每兩年單一芯片中的晶體管數(shù)量即增加兩倍,芯片價格也大幅下滑,發(fā)展速度遠快于SiP,因而使得SoC成為半導體解決方案的主流設計技術,閃耀的光芒讓SiP相形見絀。
然而,隨著消費電子與移動通信產(chǎn)品的發(fā)展,相關電子產(chǎn)品功能日趨多樣化,在外觀設計薄型化與產(chǎn)品開發(fā)周期日益縮短等多重壓力下,SoC已難面面俱到。
SoC正面臨著如下挑戰(zhàn):
1.研發(fā)周期與異質(zhì)組件整合。
SoC發(fā)展至深次微米以下先進制程后,設計挑戰(zhàn)日漸加劇,不僅研發(fā)時間長達一年半以上,所需研發(fā)費用更是急劇增加,尤其在射頻(RF)電路、傳感器、驅(qū)動器,甚至被動組件等異質(zhì)(Heterogeneous)組件整合上,更面臨極大的技術瓶頸,因而使得兼具尺寸與開發(fā)彈性等優(yōu)勢的SiP快速興起。
另外SiP是基于SoC芯片,只要有芯片,就可以透過堆疊或并排方式快速整合成SiP方案,產(chǎn)品開發(fā)速度比SoC更加快速。
2.尺寸與產(chǎn)品價值。
至于SiP與SoC的成本何者較低,各界看法不一。若就單一組件制造成本來看,SiP使用的基板數(shù)量較多,再加上組裝及測試費用,因此制造成本的確比SoC來得高;但SiP產(chǎn)品開發(fā)時間較SoC大幅縮短,且通過高度整合可減少印刷電路板尺寸及層數(shù),降低整體材料成本,尤其SiP設計具有良好的電磁干擾抑制效果,對客戶而言更可減少工程時間耗費,因此從產(chǎn)品銷售的角度來看,SiP產(chǎn)品價值較SoC高出許多。
面對市場需求,成本并非是唯一的考慮,SiP最大的利基優(yōu)勢,就是比分布式設計方案具有更小的芯片尺寸,使用更少的電路板空間,讓產(chǎn)品設計擁有更多想象空間,因此在高整合SoC方案尚未問世之前,SiP應該突顯其小尺寸的利基,而非以成本來取勝。
3.EMI(電磁干擾)的抑制與高容量嵌入式內(nèi)存。
一般來說,當功能整合愈復雜時,芯片尺寸相對愈大,造成內(nèi)部信號線路在進行全面聯(lián)機時路徑太長,信號傳遞過久,且容易產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象。若通過SiP將各功能裸晶堆棧后,信號路徑即可大幅縮短,并提升了信號處理速度,對電磁干擾的抑制與芯片效能的升級均有所幫助。
另一方面,消費性電子產(chǎn)品與移動通信產(chǎn)品對嵌入式內(nèi)存容量的要求也愈來愈高,這對SoC而言是嚴峻的挑戰(zhàn)。SoC最大的局限在于嵌入式內(nèi)存容量有限,以90nm制程的SoC為例,約可整合8Mb~10Mb的嵌入式內(nèi)存,而65nm制程則約可整合16Mb~20Mb以上,但小于32Mb的容量,因各家技術能力而有不同。然而,包括手機、數(shù)碼相機與數(shù)字電視等產(chǎn)品,其內(nèi)存容量均要求128Mb以上,甚至1GB以上的閃存容量,SoC很難滿足,而SiP卻是絕佳的解決之道。
毋庸置疑的是,SoC技術仍會持續(xù)提升,但現(xiàn)今客戶端正面臨龐大的小型化壓力,無法等待SoC的技術突破,因而向上要求芯片供貨商提供更快更精簡的解決方案,而SiP便是上上之選。未來,一旦SoC技術有所進展,SiP也可齊頭并進,成為IC(集成電路)設計的另一種技術取向,并與SoC共存于市場中相輔相成,不會僅是曇花一現(xiàn)的過渡性產(chǎn)品。
不同類型企業(yè)各有優(yōu)劣
另外良裸晶也是另一個SiP發(fā)展的成敗關鍵,它是指已完成全功能測試或晶圓等級預燒測試的晶圓。由于SiP方案包含各種不同來源的芯片,若其中一顆芯片毀損,將導致整顆SiP無法運作,因此,確保良裸晶成為SiP發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié),因此必須提升SiP產(chǎn)品良率,降低SiP測試成本。
建構(gòu)完整產(chǎn)業(yè)鏈是當務之急
雖然相較于全球每年芯片銷售量,SiP的銷售比例仍無足輕重,但其每年的成長速度卻相當快速。預計2008年,SiP出貨量將增長到68億顆,產(chǎn)值規(guī)模則突破百億美元大關,2003~2008年產(chǎn)值的年復合成長率更接近50%。進一步發(fā)展SiP技術,擴大國內(nèi)SiP市場規(guī)模,建構(gòu)出像SoC一樣的完整健全的生態(tài)系統(tǒng),是當前國內(nèi)SiP產(chǎn)業(yè)所面臨的最大課題。
近幾年由于國家對電子信息產(chǎn)業(yè)的大力扶持,國內(nèi)SiP的產(chǎn)業(yè)鏈已開始漸漸完善。政府應該加強引導產(chǎn)業(yè)供應鏈間打破藩籬攜手合作,共同營造更完善的SiP發(fā)展環(huán)境,這將是當務之急。
而相關企業(yè)除需具備SiP技術的發(fā)展能力外,也必須把握正確的市場需求,并保證取得良裸晶,發(fā)展出高良率的SiP產(chǎn)品,進而取得產(chǎn)品所有權(quán)的主導地位。
以長電科技為例,長電科技股份有限公司于3年前籌備SiP小組,從事SiP技術與市場的研究,協(xié)助相關企業(yè)了解SiP技術的優(yōu)點并凝聚產(chǎn)業(yè)合作的共識,通過與各大系統(tǒng)設計公司、芯片制造商的緊密合作,并且利用自身在封裝領域的強大技術優(yōu)勢加大科研投入,在國內(nèi)企業(yè)中脫穎而出,使國內(nèi)SiP公司的發(fā)展取得質(zhì)的飛躍。
目前公司開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)涉及大容量存儲、移動支付、移動身份認證、地磁傳感器、加速傳感器、MEMS麥克風、光電模塊(開發(fā)中),射頻+基帶模塊等諸多領域;其封裝類型涉及MicroSD卡、 MiniSD卡、 SD卡、LGA、BGA(塑封球柵面陣列封裝)、USB(通用串行接口)模塊及其他特殊模塊等。
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