先进封装SIP百家谈

SIN2020

系统级封装（SiP）技术，由于能够将来自不同工艺节点的IC异构集成到一个封装中，已经成为除了单个芯片遵循摩尔定律的演进、实现更小尺寸之外，实现系统微型化的又一大驱动力，在5G、数据中心、高性能计算和AI等领域发挥了重要作用



# I7 _! m7 Q) C% q8 {“与传统SiP开发不同，闻泰科技是从SiP定义到最终产品的全流程的项目管理，并期望通过SiP工艺实现对产品的赋能， 提高最终产品的竞争力 ，而不仅仅是SiP本身。” 闻泰科技 股份有限公司&闻泰研究院院长副总裁朱华伟表示。

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9 O# Q6 ^4 B4 E; [; u( l  z例如在 手机应用方面 ，由于手机差异化很大，加上WLCSP已被广泛应用，研发人员只能利用手机侧面的高度方向空间来做文章。因此，闻泰科技尝试将一些标准的单元电路进行堆叠化的设计，比如通用单元电路小型化设计，虽然会增加成本，但对于整个空间的节省还是有很大帮助的。


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0 j0 y3 o% H7 q' g8 |在 可穿戴设备方面 ，传统TWS耳机左右耳采用不同的电路板，而利用SiP技术可以设计成左右耳通用。闻泰科技的解决方案还支持双面不规则Molding和Hotbar方式FPC连接，可以减少装配成本，提供更高可靠性，例如增强耳机的防水性能等。
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随着移动通信从4G迈入5G，尤其是到毫米波频段，封装天线的概念逐渐崛起。早期的5G设计都是在4G的基带和射频前端外挂5G和Sub-6GHz，而未来4G、5G、Sub-6GHz、毫米波将会集成在一颗模组中。

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歌尔微 电子 股份有限公司高级总监田德文指出：“毫米波封装天线将是一个存量市场，且将采用 射频前端和封装天线一体化 的设计，例如倒装型、PoP型、Fan-out型这三种典型的封装天线方案。其中，台积电Fan-out型封装天线比常规封装体积薄30%，增益改善15%，散热也可以改善15%以上。”

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  E! T4 U6 C: p: q9 e7 W+ c4 E环旭电子 股份有限公司先进制程研发中心暨微小化模块事业处AVP赵健主要分享了公司在SiP领域最新的技术发展成果，包括高密度表面贴装、塑封压模、激光、金属溅射屏蔽等等方面；以及双面塑封、扇出型封裝SiP 、TWS SiP和5G毫米波SiP的具体应用实例。
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他还提到，除了目前的TWS耳机、智能手表、智能手机，SiP技术未来还将出现在更多穿戴式产品例如 智能眼镜、5G&AI模组、智能汽车、生物医学 等应用领域。

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2 {  l, I+ l: B! d: Y1 G! o关于 滤波器的国产化现状 ， 芯朴科技 （上海）有限公司 COO 顾建忠表示，“开关和LNA已基本实现国产化，到今年年底国产4G手机中PA模组国产率将达到90%左右；量产的5G PA模组则90%来自欧美厂商，虽然国内厂商近年来也开始量产，但市场份额很低；滤波器模组方面几乎被国外厂商垄断，国产化比例最小。”


厦门 云天半导体 科技有限公司总经理于大全还提到：“近年来，通过 玻璃（TGV）技术 和 嵌入式玻璃扇出（GFO）技术 采用的玻璃晶圆级封装日趋成熟，可用于IPD、mmWave、RF模块的3D集成。使用 TSV、扇出和 TGV 的高级晶圆级 SiP 将在不远的将来发挥重要作用。”


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在 MEMS封装方面 ，歌尔微电子股份有限公司高级总监田德文强调，“与传统IC不同的是，MEMS里面包含很多可活动的部件，比如振膜、振片等，这些通常都对外部因素很敏感。因此在进行MEMS封装时对封装材料和硬力考虑较多，通常需要定制开发一些的工艺，这让MEMS的封装成本比传统IC更高，所以MEMS封装更注重性价比，通常是在通用IC封装的基础上进行一定程度的定制开发。


“由于传感器、执行器、处理电路、通信接口、电源和能量的结合，封装类型和技术也是MEMS产品长期稳定的关键因素。”上海 韦尔半导体 股份有限公司MEMS开发应用整合高级经理赵成龙也表示，“如今，WLCSP、LGA、引线框架、陶瓷被广泛应用于MEMS封装。在未来，先进的封装技术将推动MEMS技术 向多功能集成、小型化和低成本方向发展 。”
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9 r+ b1 x; O+ u: V在 AI/GPU产品研发瓶颈 方面， 世芯电子 （上海）有限公司 研发总监无锡设计中心总经理 温德鑫指出，“一般AI/GPU产品都含有运算单元时钟频率高、功耗大、分布集中的特性，进而对芯片、基板和系统的设计提出了更高的要求，同时，芯片、基板、系统设计之间的迭代需求越来越多，甚至在产品定义早期就要开始考虑细节和现实情况。这些需求既包括传统上的物理布局、功耗、电源网络、高速接口，又有新提出的机械应力、热仿真的挑战。在产品定义的初期、实现的中期以及验证的末期，都要特别关注三者之间的协同设计和验证。同时也对当前业界工具、流程提出了更大的挑战。”
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$ X; [4 [+ r) I9 G# K4 |2 u# |“随着SiP技术全面应用到高性能计算、移动通讯、物联网和汽车等多个终端市场的IC设计中， EDA行业也随之产生了巨大的挑战： 设计方法和基础算法必须被修改以符合不断涌现的新要求，例如并发协同设计、多物理场仿真和集成验证等。” 芯和半导体 科技（上海）有限公司创始人/CEO凌峰指出。
6 h0 j1 K3 R5 e  Z' u对此，芯和半导体推出了SiP 联合仿真平台以及HBM通道分析，可以支持跨尺度IC-Interposer-Package，支持多种芯片封装layout格式以及协同仿真。 为满足射频前端模组化的需求，芯和半导体还推出了全系列滤波器设计平台，涵盖IPD/SAW/BAW多种技术，可提供稳定的Foundry供应链和快速的定制化服务。
0 o2 j, V$ A9 @2 M6 `“目前，cadence已与许多领先的Foundries厂和OSAT合作开发 多芯片（let）封装 参考流程和封装组装设计工具包。“Cadence技术支持总监王辉表示。 Cadence 推出的多芯片高级封装设计解决方案，支持多芯片、TSV、MB和芯片分层，可以提供跨平台解决方案，改进了域到域的数据交换。

“中美贸易战形势下，半导体行业中必备的设计软件包括EDA、ECAD、MCAD、CAE等底层设计工具面临着受限甚至断供的风险！Zuken可以为半导体SiP封装技术厂商提供务实可行的多元化选择方案。”日本 ZUKEN 首席代表李鸿润讲到。
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ZUKE下一代系统级电子系统设计解决方案 ——ZUKEN CR-8000支持超大规模的 全真3D场景设计 ，可提供直观的用户界面、统一的交互和自动设计，且支持 无边界设计 ，包括系统级设计与互连，与不同领域和技术间的协同，无场所位置限制的多人设计、团队协同。
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: m1 `( s% D  O5 h“ 测试数据在智能制造中的决策扮演重要的角色。 ”上海 恩艾仪器 有限公司产品与策略总监汤敏指出，”测试数据的分析所能带来的效益并不局限于量产制造上。高效的数据集中平台能将芯片从设计、建模、仿真、验证、量产各个阶段的数据进行共享和分析，可以进一步加速全产品生命周期。基于四十年积累的各项仪表技术，NI 可以提供半导体芯片从实验室到量产产线的测试解决方案。“

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- u( B9 P4 F( F1 H% @据Yole预测，2019~2025年，系统封装材料市场的复合年均增长率为6%，这为行业带来了巨大的机遇。
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9 e9 r+ s- I& E, Z“终端应用，如移动通信、高性能计算和汽车的需求直接影响着封装结构和材料的选择。”上海 贺利氏 工业技术材料有限公司贺利氏电子中国区研发总监张靖认为，“ 在设计院、材料/设备供应商和OSAT的早期阶段进行更深入的合作是成功的关键。 ”


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$ W" u9 `3 B( u封装设计人员通常通过仿真的方式，使用现有的材料，对新型封装结构做可行性评估。建立新的设计规则的过程中，设计人员往往将理想的材料参数输入到仿真软件中。然而，这些理想的材料参数在实际生产中有时无法实现，设计师们将不得不从头再来。

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5 D0 m8 n/ F& c! y% z% U" q% }因此，为了缩短研发周期，晶圆设计公司、代工厂、材料和设备供应商之间的价值链紧密合作变得异常重要。尤其是在早期阶段，设计公司将研发路线图与材料和设备供应商进行充分的沟通，将会大幅缩短产品的开发周期。


四十年来，汉高一直是半导体封装芯片粘接材料方面的领先供应商，汉高为半导体封装应用提供了优异的 芯片粘接材料产品线： 超过130种已经商用的导电芯片粘接材料、超过110种非导电配方、7种不同的导电芯片粘接胶膜系列产品、15种不同的非导电芯片粘接胶膜系列产品。
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在本次大会上， 汉高 半导体 材料技术服务经理顾丹晖推介了汉高先进封装的底填、液态压缩成型材料（LCM）、盖板和强化件粘接、电磁屏蔽等方案。其中，汉高的 封装级电磁屏蔽方案 包括分腔屏蔽和整体屏蔽两种方案，通过Jetting作业实现分腔屏蔽，通过雾化喷涂作业实现整体屏蔽，分别采用EMI 3620FA和EMI 8890SB两种材料。
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3 ?/ X) q9 o9 F. }; G. J% R关于 下一步的产品开发计划 ，厦门 韦尔通 科技 有限公司BD经理郎震京在会上透露：“在 DA胶 方面，除普通固晶胶以外，适用于Power IC、MOSFET、IGBT、RF等的，包括烧结银在内的高导热产品将是韦尔通研发的重点。在 UF 方面，除不断精深研发适用于更小的Gap、更大的IC尺寸（>20x20）、更高Tg（150℃）、更高可靠性产品系列以外；对于有导热需求的客户，韦尔通也已经规划开发对应产品。”

) N8 f  b6 d1 ?6 a# b- v同时，对于 柔性线路板用的 底填胶 （即COF用UF），韦尔通已经在积极升级开发中，也将开展对 wafer Level用胶水和DAF膜 的研发。在 电磁屏蔽胶水 方面，韦尔通的目标是在隔腔屏蔽材料的研发上继续保持国内本土企业领先，在共形屏蔽材料方面不断追赶缩小与国际企业的研发进度差距。

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; s- _0 ^- a  t* X0 [! P; ^) w随着市场对封装功能增加、性能提升、更快的上市时间、更低成本的驱动，SiP封装中被动元件尺寸呈现出越来越小趋势，加之异构集成逐步趋向成熟，越来越多的CSP和倒装芯片被集成在一个封装体内。这就意味着更小钢网开孔（如小于90um）和更小的间距（如小于50um）。所有这些趋势都 为锡膏印刷带来更多的挑战 。为了达到细间距印刷的连续性，锡膏的锡粉粒径、分布，助焊剂载体的类型，抗坍塌能力都要加以考虑。
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( @+ s. n4 W0 W5 V: H8 j+ o铟泰公司 半导体技术经理胡彦杰推介的新型Washable SiPaste C201HF是不吸潮的配方，具有多方面优势，如第一，特别适用于 SiP细间距印刷 ；第二，低空洞；高粘附力，抵抗基板翘曲，对NWO有很大改善（比如Flip Chip, CSP die 或器件非常有帮助）；润湿能力强，没有葡萄珠现象；增强了抗坍塌能力，避免在细间距上出现桥接的问题。而且C201HF的残留非常容易清洗。


先进装配系统 有限公司表面贴装解决方案部产品市场经理徐骥推介了系列 新型高端贴装解决方案： 例如面向智慧工厂，ASM的SIPLACE TX在速度、单位面积产出和大批量生产应用的精度方面度刷新了记录，贴装速度高达96,000组件/小时。ASM的SIPLACE CA还可以将倒装芯片（PC）和芯片贴装（DA）等未来高速增长的技术集成到STM生产中，可直接从晶圆上进行裸芯片贴装，与传统的基于供料器的STM贴装相组合。
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- q  Y$ `' d6 v. f4 P# A' Q) P/ K桂林 立德智兴 电子科技有限公司首席技术官李元雄指出，“目前， 先进封装设备面临的技术问题 包括：高速高精度芯片传输能力，具备不同工艺能力，热场均匀性和保护气体分布均匀性，自动光学检测能力，超净环境下工作的可能性，与工厂制造执行系统（MES）通讯的能力等。”而立德智兴的解决方案能满足以上技术要求，可以进一步优化设计高速高精度晶片传输机构，让IGBT模块热粘片机的温度和气体均匀性得到改善，还专门研究了自动光学检测技术，推出了用于封装设备的 SECS/GEM 软件。

+ y2 Y  s. A, b5 ]' J& ?. b0 [奥特斯是全球领先的高端印刷电路板和半导体封装载板制造商，核心市场定位于：移动设备、汽车和航天、工业电子、医疗与健康以及先进封装领域。扎根中国发展近20年，奥特斯分别在上海（2001年）和重庆（2011年）建立生产基地。其中，上海工厂主要生产应用于移动设备以及汽车电子领域的高密度互连印刷电路板，重庆工厂是中国首家高端半导体封装载板制造基地。
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奥特斯 （中国）有限公司半导体业务部门负责人Rozalia Beica在会上提到，“ COVID-19 加速了十年的全球数字化进程。 而奥特斯正从印刷电路板制造商转型发展为互连解决方案供应商，推动着5G、物联网、自动驾驶以及人工智能等未来技术的创新。”
4 N  S5 e0 v: p7 m3 x: d业界普遍认为，在集成电路后摩尔时代，先进封装先进封装技术大有可为。


* }2 b' x( [# p# {8 w# z) ~长电科技技术市场副总裁包旭升表示：SiP和Chiplet也是长电科技重点发展的技术。目前长电科技重点发展几种类型的先进封装技术。首先就是系统级封装(SiP)，随着5G的部署加快，这类封装技术的应用范围将越来越广泛。其次是应用于Chiplet SiP的 2.5D/3D封装，以及晶圆级封装，并且利用晶圆级技术在射频特性上的优势推进扇出型(Fan-Out)封装。此外，长电科技也在开发部分应用于汽车电子和大数据存储等发展较快的热门封装类型。


: h& E/ x+ {8 X  M8 o* P中科同志科技董事长赵永先表示：先进封装包括SIP封装对工艺对设备的要求更加苛刻。我们公司多年来专注于芯片贴装、焊接设备的研发制造，达到国内先进水平，可完全替代进口设备。目前已发展成国内半导体真空封装设备的首选供应商，也是国内第一家成功推出芯片3D堆叠系统的厂家，是半导体亚微米倒装贴片机、芯片堆叠封装系统的国产装备唯一供应商。3D堆叠系统可使得芯片具有更大容量、更快的速率和更小的电阻，我公司的芯片3D堆叠系统是国家重大首台套设备示范项目获得者，已为多家企业解决3D封装的问题。
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华天科技2020年财报显示：该公司技术和产品开发方面，完成了侧面指纹产品、传感器环境光透明塑封工艺、温度传感器灌胶工艺、压力传感器隐形切割工艺开发，具备量产能力及批量生产。3D NAND 16叠层SSD产品、基于Hybrid技术的UFS产品、NAND和DRAM合封的MCP产品等多个存储类产品通过可靠性认证，具备量产条件。作为国内前三的封测企业，公司近两年不断扩大规模，2018年斥近30亿元巨资收购马来西亚上市公司Unisem75.72%股权，2021年5月25日，又与韶实集团签署《股东出资协议》，双方拟合计认缴出资9.7亿元，在广东省韶关市设立由公司控股的广东韶华科技有限公司。

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在 可穿戴设备方面 ，传统TWS耳机左右耳采用不同的电路板，而利用SiP技术可以设计成左右耳通用。闻泰科技的解决方案还支持双面不规则Molding和Hotbar方式FPC连接，可以减少装配成本，提供更高可靠性，例如增强耳机的防水性能等。

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在 AI/GPU产品研发瓶颈 方面， 世芯电子 （上海）有限公司 研发总监无锡设计中心总经理 温德鑫指出，“一般AI/GPU产品都含有运算单元时钟频率高、功耗大、分布集中的特性，进而对芯片、基板和系统的设计提出了更高的要求，同时，芯片、基板、系统设计之间的迭代需求越来越多，甚至在产品定义早期就要开始考虑细节和现实情况。这些需求既包括传统上的物理布局、功耗、电源网络、高速接口，又有新提出的机械应力、热仿真的挑战。在产品定义的初期、实现的中期以及验证的末期，都要特别关注三者之间的协同设计和验证。同时也对当前业界工具、流程提出了更大的挑战。

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封装设计人员通常通过仿真的方式，使用现有的材料，对新型封装结构做可行性评估。建立新的设计规则的过程中，设计人员往往将理想的材料参数输入到仿真软件中。然而，这些理想的材料参数在实际生产中有时无法实现，设计师们将不得不从头再来。

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由于传感器、执行器、处理电路、通信接口、电源和能量的结合，封装类型和技术也是MEMS产品长期稳定的关键因素。

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