爆发的系统级封装（SiP） 半导体行业的新门面

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现世界排名第一的封测厂，中国台湾的日月光科技在今年Q3的营收又创新高，达到了411.42亿新台币。相同的一幕与去年何其相似，当时日月光的营收达到了392.76亿新台币。这两次营收爆发都与SiP（系统级封装）有关。而据估计，iPhone 11的系统级封装（SiP）和无线通信整合模组持续拉货，让日月光第4季度业绩有望继续增长。据供应链透露，苹果在设计上大量采用系统级封装（SiP）模组，意味着明年会继续大量放出SiP封测代工订单；加上无线蓝牙耳机AirPods将开始导入SiP技术，在该技术打磨多年的日月光将成为封测业的大赢家。在摩尔定律逐渐失去魅力的时候，SiP技术迎来了最好的时光。渐成主流SiP技术从MCM（多芯片模块）脱胎而来。
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它构建于已有的封装技术之上，比如倒装芯片、wire bonding（线键合）、fan-out 晶圆级封装。由于以前摩尔定律进展毫无阻力，SiP也就不太受到重视。当单芯片集成（SoC）进展停滞的时候，能整合多个不同系统的SiP成为了行业拯救者。根据标准定义，SiP是将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。与SoC整合更多功能的目的一致，SiP也要在更小的身躯内吞下更多的功能。区别是，SiP是将多个不同芯片一并排或叠加的方式整合在一起，SoC本身就是一个芯片。
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芯片厂商们很久前就开始这么做了，但只有苹果公司加入这个行列，才彻底引爆了这个市场。下图是Apple Watch S1芯片的拆解图。从图中可以看到，在26mm×28mm的芯片内封装了30个独立的组件。高通的Qualcomm Snapdragon System-in-Package（QSiP）模组也是同类技术的产物。QSiP 将应用处理器、电源管理、射频前端、WiFi 等连接芯片、音频编解码器和内存等 400 多个零部件放在一个模组中，大大减少主板的空间需求，从而为电池、摄像头等功能提供了更大空间。有几个领域是目前SiP应用最多的。

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一是射频领域。手机中的PA就是SiP模块，内部集成多频功放、功率控制及收发转换开关等功能。二是汽车电子，包括功率器件系统级封装和雷达等。三是消费电子中的互联（Wi-Fi/蓝牙）、MEMS/传感器、摄像头模块等。不过，千万不要把麒麟990 5G，联发科天玑1000和高通765当做是SiP，它们可都是不折不扣的SoC。简与繁功率密度、散热等问题困扰着传统的芯片工艺，还有令人心烦的布线阻塞、RC 延迟、电迁移以及静电放电和电磁干扰等现象。SiP的出现为解决这些问题带来了新的思路。举例来说，对数字噪声和热效应敏感的模拟模块可以与数字模块保持一定距离。其次，所有模块和chiplet（小芯片）都在一个封装中，形成一个大IP，就让IP复用变得简单。

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8 j: z2 @5 a# \* V2 C最后，通过增加芯片之间的连接的直径和缩短信号传输的距离，可以提升性能并降低功耗，这反过来又可以降低驱动这些信号所需的功率。SiP技术发展很快，形成了多种不同的实现方式。如果按照模块排列方式进行区分，可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装，采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而在SiP的内部，可以通过单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），或二者混用。除此之外，还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装形态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。很多半导体厂商都有自己的SiP技术，名字可能会不一样。比如，英特尔叫EMIB、台积电叫SoIC。但业内人士指出，这些都是SiP技术，差别就在于制程工艺。

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以台积电为例，其就用半导体设备来做封装制程。台积电SiP技术的优势在于晶圆级封装，技术成熟、良率高，这也是普通封测厂商难以做到的。追赶和超越既然已经是不可逆的趋势，各家封测厂都在发展自己的SiP技术。不过，这不是一件容易的事情。“SiP概念易理解，但是设计，工艺等复杂，高端技术不太容易掌握。”半导体专家莫大康告诉记者。封测厂要掌握SiP技术，其实就是要学习多种封装技术。如超低弧度引线键合技术、窄节距引线键合技术、新型芯片粘贴（DAF、FOW等）技术、新型引线键合材料、窄节距铜柱倒装凸点技术以及微凸点（Micro Bumping）技术等。此外，扇出型圆片级封装（FOWLP），以TSV技术（刻蚀和填充）、晶圆减薄和再布线工艺、芯片/晶圆键合堆叠等技术为核心的TSV堆叠封装也是必要掌握的。没有多年的积累，SiP可不是能随便玩转的。中国台湾的日月光公司是封测厂中很早就进行SiP投资的厂商。
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其也是具备系统级封装技术层次最广的封装厂之一，涵盖FCBGA、FOCoS和2.5D封装等近十种封装技术。尤其是得益于苹果的大单，日月光的系统级封装营收过去几年都以数亿美元的速度成长。在全球封测厂最集中的中国大陆，目前有长电科技、通富微电、华天科技三家多年排名在全球前十。在SiP方面，大陆地区的整体水平怎样呢？“最高水平与国际领先水平已相距不远。”华西电子首席分析师孙远峰表示。他进一步说明，“长电科技旗下长电韩国正积极布局系统级封装（SiP）业务，已切入韩国手机和可穿戴设备等终端产品供应链，客户包括了三星和LG。”国内企业在SiP领域的起步并不晚，近年来通过并购，快速积累先进封装技术，技术平台已经基本和海外厂商同步。如长电科技联合产业基金、芯电半导体收购新加坡封测厂星科金朋，拥有了WLSCP、SiP、PoP等高端先进封装技术，并实现量产。
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; d( X% U2 Q( B# e2 O( I只是，整体先进封装营收占总营收比例与中国台湾和美国地区还存在一定的差距。现在还有一个问题，国内芯片行业是否充分利用这些技术平台呢？“很多公司都在用，就是大多数用的比较低端，只是简单封合而已。”西藏磊梅瑞斯创业投资有限公司投资总监张云翔指出。“做SiP要把各种芯片搭载到一起，这些芯片往往不是一个厂家生产的，能收集起这么多厂家的Wafer，并不是很容易的事情。苹果等大公司有这样的号召力，一般中小公司没能力做到。“他解释道。好在局面已逐渐改变，随着国内芯片种类增多，性能提高，这种芯片慌正在慢慢缓解。而随着未来国内自主研发的存储器量产，以及5G商用落地、AIoT和汽车电子创新度提高，SiP技术的大爆发已经进入倒计时了。

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当单芯片集成（SoC）进展停滞的时候，能整合多个不同系统的SiP成为了行业拯救者。根据标准定义，SiP是将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。与SoC整合更多功能的目的一致，SiP也要在更小的身躯内吞下更多的功能。区别是，SiP是将多个不同芯片一并排或叠加的方式整合在一起，SoC本身就是一个芯片。

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手机中的PA就是SiP模块，内部集成多频功放、功率控制及收发转换开关等功能。二是汽车电子，包括功率器件系统级封装和雷达等。三是消费电子中的互联（Wi-Fi/蓝牙）、MEMS/传感器、摄像头模块等。不过，千万不要把麒麟990 5G，联发科天玑1000和高通765当做是SiP，它们可都是不折不扣的SoC。简与繁功率密度、散热等问题困扰着传统的芯片工艺，还有令人心烦的布线阻塞、RC 延迟、电迁移以及静电放电和电磁干扰等现象。SiP的出现为解决这些问题带来了新的思路。举例来说，对数字噪声和热效应敏感的模拟模块可以与数字模块保持一定距离。其次，所有模块和chiplet（小芯片）都在一个封装中，形成一个大IP，就让IP复用变得简单。

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以台积电为例，其就用半导体设备来做封装制程。台积电SiP技术的优势在于晶圆级封装，技术成熟、良率高，这也是普通封测厂商难以做到的。追赶和超越既然已经是不可逆的趋势，各家封测厂都在发展自己的SiP技术。不过，这不是一件容易的事情。“SiP概念易理解，但是设计，工艺等复杂，高端技术不太容易掌握。”