與非網(wǎng)6月1日訊，集成電路芯片與封裝之間是不可分割的整體。沒有一個芯片可以不用封裝就能正常工作，封裝對芯片來說是必不可少的，隨著IC生產(chǎn)技術的進步，封裝技術也不斷更新?lián)Q代，每一代IC都與新一代的IC封裝技術緊密相連。進入21世紀，隨著半導體技術逐漸逼近硅工藝尺寸的極限，半導體技術進入“后摩爾定律”時代，先進封裝技術得到了空前發(fā)展。
通常為推進設計，業(yè)界會采用ASIC技術將不同的功能集成到單芯片上。但隨著集成電路制造工藝持續(xù)縮放，ASIC擴展變得愈加困難，功率/性能優(yōu)勢逐漸縮小，設計流片成本也越來越高。先進封裝開始成為代工廠和封裝廠的另外一個重要創(chuàng)新方向。
從某種角度上說，SiP是以較低成本打造出的傳統(tǒng) “ ASIC”。SiP模組可以將不同工藝、材料的芯片及無源器件集成在一個系統(tǒng)里，實現(xiàn)電子產(chǎn)品的功能化需求。
絕大部分芯片采用的依然是成熟與商業(yè)化的封裝技術，即便如此，能夠提供更小尺寸和更好電氣性能的先進封裝技術已經(jīng)得到越來越多的IC 供應商的青睞。另外，兼具較短開發(fā)時間與成本效益的小型化需求正催生SiP的大量采用。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，SiP市場預計到2025年將增至18.8億美元，預測期內(nèi)（2019~2025）年均復合增長率達6%。
SiP目前主要應用于TWS耳機、智能手表、智能手機、服務器等領域，未來將出現(xiàn)在更多可穿戴產(chǎn)品如智能眼鏡、5G 毫米波模塊、智能汽車、生物醫(yī)學等對尺寸有特別要求的應用領域。
采用SiP技術，還可以解決困擾系統(tǒng)性能瓶頸的“內(nèi)存墻”（Memory Wall）問題，并實現(xiàn)更好的電磁屏蔽（EMI Shielding）功能。此外，環(huán)旭電子先進制程研發(fā)中心暨微小化模塊事業(yè)處AVP趙健指出，通過異構(gòu)集成， SiP還可以減少后道組裝廠的工序，加上更高度自動化的工藝在前端集成，從而降低供應鏈整體復雜度。
而SiP 的最終目的是實現(xiàn)完全集成的獨立自主電子系統(tǒng)。這意味著， SiP 將擁有獨立的電源、微處理器、輸入、輸出和無源器件，并且能夠在沒有外部接線的情況下完全執(zhí)行所需的功能。理想的 SiP沒有外部引腳（如果有自己的電源）或只有 2 個引腳——用于電源和接地。然而，前提是，電源分配網(wǎng)絡（PDN）、信號完整性（SI）和熱管理，以及系統(tǒng)的可靠性都得到妥善處理。
Chiplet將推高異構(gòu)集成的研發(fā)成本
另外，隨著功能模塊集成數(shù)量增多，芯片尺寸變大，最直接的沖擊將是良率降低。解決方案之一是將芯片切割成多顆Chiplet，再用先進封裝技術提供的高密度互聯(lián)將這些Chiplet整合在同一個封裝體內(nèi)。據(jù)推測，這樣可以在提高產(chǎn)量的同時降低生產(chǎn)成本。
業(yè)內(nèi)人士包總認為，其實Chiplet也可以算是一種SiP技術，是SoC中IP模塊的商業(yè)化。
行業(yè)觀點認為，基于Chiplet的模塊化設計方案將推高下一代異構(gòu)集成技術的研發(fā)成本，帶動封裝技術進一步發(fā)展。根據(jù)不同的價格和性能要求，Chiplet可提供多種封裝選擇。這一趨勢預計會讓原本使用不同工具跟設備的前后道半導體制程，變得越來越相似。
挑戰(zhàn)也顯而易見。例如力成副總經(jīng)理方立志早前指出，在降低成本方面，先進封裝最大的成本風險因素是把有故障的芯片跟正常的芯片封裝在一起，結(jié)果得到無法正常工作的模塊。這點在晶圓對晶圓（Wafer to Wafer, W2W）封裝上尤其明顯，因為無法事先鎖定KGD（已知合格芯片）、剔除故障芯片。
隨著越來越多的單芯片被集成，對于來料芯片的質(zhì)量要求將越來越嚴格。另外，可授權IP使組裝芯片變得容易，但費用也會變更高。
封裝工藝創(chuàng)新下挑戰(zhàn)重重
先進封裝無疑還存在許多新的挑戰(zhàn)。除了材料跟設備機臺，由于先進封裝變得越來越復雜，現(xiàn)有的EDA設計工具在完成先進封裝設計上需要解決很多問題。
芯和半導體創(chuàng)始人兼CEO凌峰指出，不同芯片之間，芯片與封裝之間，EDA工具在設計與分析上都存在一道“墻”。如何打破芯片與封裝之間的那道“墻”，如何實現(xiàn)EDA平臺數(shù)據(jù)的一致性，完成信號、電源、熱、應力等協(xié)同設計，以及如何在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫完成仿真分析，將成為SiP技術進一步發(fā)展的重要推動力。
對于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)來說，形勢要更加嚴峻，挑戰(zhàn)也更多。
研究機構(gòu)Yole Developpement首席分析師Santosh Kumar曾指出，先進封裝的市場規(guī)模雖然快速成長，供應鏈的關系也會變得比以往更復雜。產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節(jié)都已經(jīng)進入到系統(tǒng)級封裝市場，包括IDM，晶圓代工廠及EMS。未來這一市場將迎來更多玩家，基板/PCB和晶圓代工廠可能會分食部分先進封裝的市場大餅。因此，封裝廠除多元化的技術布局外，還必須學會更靈活地應對新的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。
國內(nèi)目前有長電科技、通富微電、天水華天等一批走在行業(yè)前列的封測企業(yè)，其中長電科技現(xiàn)已具備可與日月光相抗衡的SiP，并擁有自主知識產(chǎn)權的Fan-outeWLB、WLCSP、SiP、Bumping、FC-BGA等多項封裝技術。
業(yè)內(nèi)專家認為，未來，具備完整系統(tǒng)封裝和系統(tǒng)模組整合能力的封測企業(yè)將更易受到市場青睞。華創(chuàng)證券也指出，摩爾定律放緩背景下，封裝環(huán)節(jié)對于提升芯片整體性能越來越重要。隨著先進封裝朝著小型化和集成化的方向發(fā)展，技術壁壘不斷提高，未來封測環(huán)節(jié)或?qū)椭凭A代工環(huán)節(jié)的發(fā)展路徑，即先進封裝市場規(guī)?？焖偬嵘?，技術領先的龍頭廠商享受最大紅利。
國內(nèi)先進封裝技術雖然取得了進展，仍面臨不少挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)顯示，2020年中國先進封裝市場產(chǎn)值在全球的市場份額僅為14.8%。與世界一流封測企業(yè)相比，國內(nèi)的綜合技術水平還有較大的差距。不過，在國產(chǎn)替代的背景下，封測作為我國半導體領域優(yōu)勢最為突出的子行業(yè)，將繼續(xù)保持增長態(tài)勢，先進封裝層面的新挑戰(zhàn)與難題，正等待國內(nèi)廠商破局。
