系统级封装(SiP)
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2023年系统级封装(SiP)芯片行业市场前景分析随着智能手机、平板电脑、智能手表等移动设备的普及,对于各种硬件组件和封装方式的需求也越来越高。
尤其是需要尽可能的缩小芯片体积来节约空间,增强电池寿命,提高性能,系统级封装(SiP)芯片的市场前景也越来越受到重视。
本文将对系统级封装(SiP)芯片行业市场前景进行分析。
1. 市场规模预测根据市场调研机构“智库资讯”发布的《系统级封装(SiP)芯片行业市场前景研究报告》分析,系统级封装(SiP)芯片市场从2017年的约21亿美元到2022年将达到160亿美元,复合年增长率达到49%。
2. 关键驱动因素系统级封装芯片的快速发展有以下几个重要因素:(1)小型化封装的需求:与单一芯片的贴片封装相比,系统级封装可以将多个芯片封装成一个单元,使得电路版面小型化,节约布线空间和板面面积。
(2)高集成度:SiP芯片可通过对基础芯片、封装、及连接等结构的优化,将功能模块、微处理器、存储芯片等几何空间最大化地集成在一起,出现了较高的集成度。
(3)节省能量:通过集成多种芯片在同一个封装中,SiP芯片可以实现高效节约能量,提高设备的续航能力,减轻依赖充电的压力。
3. 主要应用领域移动设备是SiP应用的最大市场,如智能手机、平板电脑、智能手表和智能家居设备。
随着物联网技术的普及,各种模块化设备和传感器也将采用SiP技术,带动SiP芯片在市场上的庞大需求。
除了移动设备和物联网设备,SiP芯片也被广泛应用于无线通讯、汽车电子、医疗器械等领域。
随着新技术的不断涌现和市场的需求增长,SiP市场前景也会不断扩展并迎来更多的机会。
4. 市场竞争格局当前,全球SiP芯片市场的主要参与方包括Amkor、ASE、JCET、STATS ChipPAC、SPIL、Chipbond、KYEC,以及更大的Semiconductor Manufacturing International Corp等,市场格局较为稳定。
2024年系统级封装(SiP)芯片市场分析现状引言系统级封装(SiP)是一种集成多个芯片和其他电子组件的封装技术。
随着消费电子产品的不断发展和多样化,系统级封装技术在芯片设计和制造领域扮演着重要角色。
本文旨在分析系统级封装(SiP)芯片市场的现状,并探讨其未来发展趋势。
市场规模与增长趋势根据市场研究公司的数据,系统级封装(SiP)芯片市场从2019年至2025年将以超过10%的复合年增长率增长。
这一增长趋势主要受到以下因素的推动:1.5G通信技术的兴起:5G通信技术的普及将带来更高的数据传输速度和更低的延迟,这对于消费电子产品的性能提升有重要意义。
系统级封装技术可以集成多个芯片,提高整体性能,适应5G时代的需求。
2.物联网(IoT)的发展:物联网的快速发展将推动对低功耗、小尺寸、集成度高的芯片的需求,这也是系统级封装芯片的一个主要应用领域。
多种传感器和通信芯片的集成将有助于物联网设备的发展。
3.消费电子产品的多样性:消费电子产品市场的竞争日益激烈,产品差异化成为企业之间争相竞争的关键。
系统级封装技术可以为各种消费电子产品提供更高的集成度和更小的体积,满足不同产品需求。
主要市场参与者系统级封装(SiP)芯片市场的竞争激烈,目前主要的市场参与者包括:1.英特尔公司(Intel):作为全球领先的芯片制造商之一,英特尔在系统级封装领域具有强大的实力和丰富的经验。
该公司通过收购其他公司和进行研发,不断提高其SiP芯片的性能和集成度。
2.赛灵思公司(Xilinx):作为可编程逻辑器件领域的领导者,赛灵思公司在系统级封装芯片领域也具有竞争力。
该公司通过开发高度可编程、高集成度的SiP芯片,满足不同领域的应用需求。
3.台积电(TSMC):作为全球最大的芯片代工厂商之一,台积电在系统级封装芯片的制造领域占据重要地位。
该公司通过先进的制造工艺和高效的生产能力,为各类客户提供优质的SiP芯片。
主要应用领域系统级封装(SiP)芯片在多个应用领域具有广泛的应用,主要包括:1.无线通信:随着5G技术的发展,无线通信领域对于高性能、集成度高的芯片需求增加。
SIP封装的制程工艺系统级封装(system in package,SIP)是指将不同种类的元件,通过不同种技术,混载于同一封装体内,由此构成系统集成封装形式。
SIP封装制程按照芯片与基板的连接方式可分为引线键合封装和倒装焊两种。
一、引线键合封装工艺圆片→圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→引线键合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回流焊→表面打标→分离→最终检查→测试→包装。
1、圆片减薄:圆片减薄是指从圆片背面采用机械或化学机械(CMP)方式进行研磨,将圆片减薄到适合封装的程度。
由于圆片的尺寸越来越大,为了增加圆片的机械强度,防止在加工过程中发生变形、开裂,其厚度也一直在增加。
但是随着系统朝轻薄短小的方向发展,芯片封装后模块的厚度变得越来越薄,因此在封装之前一定要将圆片的厚度减薄到可以接受的程度,以满足芯片装配的要求。
2、圆片切割:圆片减薄后,可以进行划片。
较老式的划片机是手动操作的,现在一般的划片机都已实现全自动化。
无论是部分划线还是完全分割硅片,目前均采用锯刀,因为它划出的边缘整齐,很少有碎屑和裂口产生。
3、芯片粘结:已切割下来的芯片要贴装到框架的中间焊盘上。
焊盘的尺寸要和芯片大小相匹配,若焊盘尺寸太大,则会导致引线跨度太大,在转移成型过程中会由于流动产生的应力而造成引线弯曲及芯片位移现象。
贴装的方式可以是用软焊料(指Pb-Sn合金,尤其是含Sn的合金)、Au-Si低共熔合金等焊接到基板上,在塑料封装中最常用的方法是使用聚合物粘结剂粘贴到金属框架上。
4、引线键合:在塑料封装中使用的引线主要是金线,其直径一般为0.025mm~0.032mm。
引线的长度常在1.5mm~3mm之间,而弧圈的高度可比芯片所在平面高0.75mm。
键合技术有热压焊、热超声焊等。
这些技术优点是容易形成球形(即焊球技术),并防止金线氧化。
为了降低成本,也在研究用其他金属丝,如铝、铜、银、钯等来替代金丝键合。
热压焊的条件是两种金属表面紧紧接触,控制时间、温度、压力,使得两种金属发生连接。
先进封装名词先进封装(Advanced Packaging)是一种半导体封装技术,用于将芯片或集成电路(IC)封装在一个外壳中,以提供保护、连接和散热等功能。
它是半导体制造过程中的关键环节之一,对于提高芯片性能、降低成本和实现小型化至关重要。
先进封装技术的发展是为了满足不断增长的芯片集成度和性能要求。
随着半导体工艺技术的演进,芯片的尺寸越来越小,引脚数量越来越多,同时对功耗、速度和可靠性的要求也越来越高。
传统的封装技术已经难以满足这些需求,因此需要采用更先进的封装技术。
先进封装技术包括以下几种主要类型:1. 系统级封装(System-in-Package,SiP):将多个芯片和其他组件集成在一个封装中,形成一个完整的系统。
这种封装方式可以减小尺寸、降低功耗并提高系统性能。
2. 晶圆级封装(Wafer-Level Packaging):在晶圆制造过程中进行封装,将芯片直接封装在晶圆上,而不是在单个芯片上进行封装。
这种方法可以提高生产效率和降低成本。
3. 三维封装(3D Packaging):采用多层堆叠技术,将芯片垂直堆叠在一起,以实现更高的集成度和性能。
这种封装方式可以减小芯片尺寸并提高信号传输速度。
4. 倒装芯片封装(Flip-Chip Packaging):将芯片的有源面朝下,通过焊点直接连接到封装基板上。
这种封装方式可以提供更好的散热性能和更短的电路路径。
先进封装技术的发展推动了半导体行业的进步,使得芯片在更小的尺寸、更高的性能和更低的成本下实现更复杂的功能。
它对于手机、平板电脑、计算机、通信设备等各种电子产品的发展至关重要。
随着技术的不断创新,先进封装将继续在半导体领域发挥重要作用。
什么是系统级封装(SiP)技术?SiP 可以将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,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。
这么看来,SiP 和 SoC 极为相似,两者的区别是什么?SiP 能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。
对比SoC,SiP 具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。
而SoC 发展至今,除了面临诸如技术瓶颈高、CMOS、DRAM、GaAs、SiGe 等不同制程整合不易、生产良率低等技术挑战尚待克服外,现阶段SoC 生产成本高,以及其所需研发时间过长等因素,都造成SoC 的发展面临瓶颈,也造就 SiP 的发展方向再次受到广泛的讨论与看好。
SiP 与其他封装形式又有何区别?SiP 与 3D、Chiplet 的区别Chiplet 可以使用更可靠和更便宜的技术制造,也不需要采用同样的工艺,同时较小的硅片本身也不太容易产生制造缺陷。
不同工艺制造的 Chiplet 可以通过先进封装技术集成在一起。
Chiplet 可以看成是一种硬核形式的 IP,但它是以芯片的形式提供的。
3D 封装就是将一颗原来需要一次性流片的大芯片,改为若干颗小面积的芯片,然后通过先进的封装工艺,即硅片层面的封装,将这些小面积的芯片组装成一颗大芯片,从而实现大芯片的功能和性能,其中采用的小面积芯片就是 Chiplet。
因此,Chiplet 可以说是封装中的单元,先进封装是由Chiplet /Chip 组成的,3D 是先进封装的工艺手段,SiP 则指代的是完成的封装整体。
通过 3D 技术,SiP 可以实现更高的系统集成度,在更小的面积内封装更多的芯片。
不过,是否采用了先进封装工艺,并不是SiP 的关注重点,SiP 关注系统在封装内的实现。
SiP 与先进封装也有区别:SiP 的关注点在于系统在封装内的实现,所以系统是其重点关注的对象,和SiP 系统级封装对应的为单芯片封装;先进封装的关注点在于:封装技术和工艺的先进性,所以先进性的是其重点关注的对象,和先进封装对应的是传统封装。
系统级封装(Sip)问题的研究1优势1.1较短的开发时间系统级封装产品研制开发的周期比较短,市场响应时间比较快。
全新的SoC需要耗费大量的时间和金钱,许多产品(特别是消费类产品)不堪重负。
例如,某些SoC的上市时间长达18个月,而SiP可以将该时间削减50%或更短。
1.2满足小型化需求,缩短互联距离将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整合,便能缩小封装体积以节省空间,并缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终呈现微小封装体取代大片电路载板的优势,又仍可维持各别晶片原有功能。
系统级封装可以使多个封装合而为一, 从而显着减小封装体积、重量,减少I/O引脚数,缩短元件之间的连线,有效传输信号。
SiP可以将微处理器、存储器(如EPROM和DRAM)、FPGA、电阻器、电容和电感器合并在一个容纳多达四或五个芯片的封装中。
与传统的IC封装相比,通常最多可节约80%的资源,并将重量降低90%。
通过垂直集成,SiP也可以缩短互连距离。
这样可以缩短信号延迟时间、降低噪音并减少电容效应,使信号速度更快。
功率消耗也较低。
1.3节约成本系统级封装减少了产品封装层次和工序,因此相应地降低了生产制造成本,提高了产品可靠性。
虽然就单一产品而言封装制造成本相对较高。
但从产业链整合、运营及产品销售的角度来看,SiP产品开发时间大幅缩短,而且通过封装产品的高度整合可减少印刷电路板尺寸及层数,降低整体材料成本,有效减少终端产品的制造和运行成本,提高了生产效率 1.4能实现多功能集成 系统级封装可以集成不同工艺类型的芯片,如模拟、数字和RF等功能芯片,很容易地在单一封装结构内实现混合信号的集成化。
1.5满足产品需求第一,要求产品在精致的封装中具有更高的性能、更长的电池寿命和不断提高的存储器密度;第二要求降低成本并简化产品因SiP是将相关电路以封装体完整包覆,因此可增加电路载板的抗化学腐蚀与抗应力(Anti-stress)能力,可提高产品整体可靠性,对产品寿命亦能提升。
系统级封装(SiP)芯片市场调查报告摘要本报告对系统级封装(SiP)芯片市场进行了全面调查和分析。
通过收集和分析市场数据、行业动态、竞争情况等信息,对SiP芯片市场的规模、发展趋势、主要参与方和市场驱动因素进行了详细研究。
调查结果表明,SiP芯片市场正呈现出快速增长的趋势,驱动因素包括物联网、5G技术、智能手机等应用领域的发展。
简介系统级封装(SiP)芯片是一种集成了多个功能模块的封装技术,它将多个芯片、封装材料和封装工艺集成在一个封装中,提供了更小、更高性能的解决方案。
SiP芯片结合了集成电路、封装和测试技术的优势,已经成为电子产品领域的一项重要技术。
市场规模根据调查数据显示,SiP芯片市场规模自2015年以来呈现出持续增长的趋势。
预计到2025年,该市场规模将达到XX亿美元。
这一增长趋势主要由于物联网、5G技术和智能手机等行业的发展。
市场驱动因素SiP芯片市场的快速增长得益于以下几个主要的市场驱动因素:1.物联网:随着物联网的普及和发展,对于小型、低功耗、高性能的芯片需求不断增加。
同时,物联网应用中对于集成度和可靠性的要求也提高了对SiP芯片的需求。
2.5G技术:5G技术的快速发展将带动对于高性能、多功能芯片的需求。
SiP芯片具有适应高频率、高功耗的优势,因此在5G设备中有很大的应用潜力。
3.智能手机:智能手机市场的快速增长对于SiP芯片的需求提供了巨大的机会。
智能手机需要集成处理器、无线通信模块、传感器等多种功能,SiP技术能够提供更紧凑、更高性能的解决方案。
主要参与方SiP芯片市场中存在多家主要参与方,包括芯片制造商、封装服务商和系统集成商。
1.芯片制造商:包括英特尔、三星、高通等知名芯片制造商。
这些公司通过研发和制造SiP芯片,提供给封装服务商和系统集成商使用。
2.封装服务商:包括ASE、Amkor、华虹集成等封装服务商。
这些公司提供SiP芯片的封装工艺和服务,将芯片、封装材料和封装工艺结合在一起,形成完整的SiP芯片解决方案。
2024年系统级封装(SiP)芯片市场分析报告一、市场概述系统级封装(SiP)芯片是集成多个功能模块的集成电路,具备更高的集成度和更小的封装尺寸。
随着电子设备不断追求更小、更轻、更高性能和更低功耗的趋势,SiP芯片在电子产品领域逐渐受到关注,市场需求也得到迅速扩大。
二、市场规模目前,全球SiP芯片市场规模呈现稳步增长的趋势。
根据统计数据显示,2019年全球SiP芯片市场规模达到XX亿美元,预计2025年将突破XX亿美元,年复合增长率为XX%。
三、市场驱动因素1.电子设备追求更小更轻:SiP芯片以其集成度高、体积小的特点,满足了电子设备日益减小的趋势,例如智能手表、可穿戴设备等。
2.多功能需求增加:随着智能化技术的快速发展,电子设备对多功能集成的需求也不断增加,SiP芯片可以集成处理器、存储器、传感器等功能模块,满足各种复杂应用场景的需求。
3.成本和功耗压力:SiP芯片通过整合多个功能模块,减少了电路板面积和连接线路,降低了生产成本,同时也提高了功耗效率,因此深受电子设备制造商的青睐。
四、市场应用1.消费电子:SiP芯片广泛应用于智能手机、平板电脑、智能音箱等消费电子产品,为这些产品提供高性能和多功能集成的解决方案。
2.物联网:随着物联网的快速发展,各种物联网设备需求量急剧增长,SiP芯片在物联网设备中发挥着关键作用,例如智能家居、智能车载设备等。
3.医疗电子:医疗电子设备对高集成度和小封装尺寸的需求很高,SiP芯片在医疗电子领域得到广泛应用,例如便携式医疗设备、远程监护系统等。
五、市场竞争格局目前,全球SiP芯片市场竞争非常激烈,主要有美国、中国、日本等国家和地区的厂商参与竞争。
其中,美国企业在高端市场方面占据一定优势,中国企业在中低端市场方面具备一定竞争力。
六、市场挑战与发展趋势1.技术挑战:SiP芯片要求在更小的尺寸下实现更高的集成度,这对技术提出了更高的要求,封装技术、信号传输技术等都面临挑战。
SiP系统级封装工艺流程一、概述SiP(System in Package)系统级封装,顾名思义,是指在一个封装体中集成一个系统。
将多个具有不同功能的有源电子元件(通常是IC裸芯片)与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其它器件优先组装到一个封装体内部,实现一定功能的单个标准封装器件,形成一个系统或者子系统,通常可称之为微系统(Micro-System)。
这个系统需要封装多个芯片并能够独立完成特定的任务,如集成了CPU、DRAM、Flash等多个IC芯片的SiP系统级封装。
二、工艺流程SIP的封装形式多样,按照材料和工艺通常分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三大类,每类都会有多种类型的封装形式,例如,DIP、SOP、PLCC、QFP、QFN、BGA 等。
随着引脚数量和密度的增加,BGA成为SiP最常采用的封装形式。
Wire Bonding -BGA的流程包括:晶圆减薄→晶圆切割→芯片粘结→引线键合→模塑封装→BGA基板植球→基板回流焊→表面打标→切割分离→最终检查→测试包装。
Wire Bonding -BGA封装前,晶圆首先会做减薄处理,这样也更便于晶圆切割,同时也会减小封装后的厚度。
芯片粘结是采用环氧粘结剂将IC芯片粘结在基板上。
引线键合是采用纯金丝键合线将芯片管脚与基板上的Pad进行连接,接着采用模塑包封或液态胶灌封,以保护芯片、焊接线和焊盘。
BGA基板植球是使用植球机或者筛网将焊料球放置在焊盘上,然后在回流焊炉内进行回流焊接,然后使用清洗剂对基板进行清洗,以去除残留在封装体上的焊料和纤维颗粒。
然后是表面打标、切割分离,最终检查、测试和包装入库。
了解完Wire Bonding BGA的生产流程,我们再来看看FilpChip-BGA。
下图是FilpChip-BGA(简称FC-BGA)的生产制造流程示意图。
FilpChip-BGA的流程包括:晶圆减薄→晶圆凸点生成→晶圆切割→芯片倒装→回流焊接→裸芯片下部填胶→表面打标→BGA基板植球→基板回流焊→切割分离→最终检查→测试包装。
系统级封装(SiP)的发展前景(上)——市场驱动因素,要求达到的指标,需要克腰的困难集成电路技术的进步、以及其它元件的微小型化的发展为电子产品性能的提高、功能的丰富与完善、成本的降低创造了条件。
现在不仅仅军用产品,航天器材需要小型化,工业产品,甚至消费类产品,尤其是便携式也同样要求微小型化。
这一趋势反过来又进一步促进微电子技术的微小型化。
这就是近年来系统级封装(SiP,System in Package)之所以取得了迅速发展的背景。
SiP已经不再是一种比较专门化的技术;它正在从应用范围比较狭窄的市场,向更广大的市场空间发展;它正在成长为生产规模巨大的重要支持技术。
它的发展对整个电子产品市场产生了广泛的影响。
它已经成为电子制造产业链条中的一个重要环节。
它已经成为影响,种类繁多的电子产品提高性能、增加功能、扩大生产规模、降低成本的重要制约因素之一。
它已经不是到了产品上市前的最后阶段才去考虑的问题,而是必须在产品开发的开始阶段就加以重视,纳入整体产品研究开发规划;和产品的开发协同进行。
再有,它的发展还牵涉到原材料,专用设备的发展。
是一个涉及面相当广泛的环节。
因此整个电子产业界,不论是整机系统产业,还是零部件产业,甚至电子材料产业部门,专用设备产业部门,都很有必要更多地了解,并能够更好地促进这一技术的发展。
经过这几年的发展,国际有关部门比较倾向于将SiP定义为:一个或多个半导体器件(或无源元件)集成在一个工业界标准的半导体封装内。
按照这个涵义比较广泛的定义,SiP又可以进一步按照技术类型划分为四种工艺技术明显不同的种类;芯片层叠型;模组型;MCM型和三维(3D)封装型。
现在,SiP应用最广泛的领域是将存储器和逻辑器件芯片堆叠在一个封装内的芯片层叠封装类型,和应用于移动电话方面的集成有混合信号器件以及无源元件的小型模组封装类型。
这两种类型SiP的市场需求在过去4年里十分旺盛,在这种市场需求的推动下,建立了具有广泛基础的供应链;这两个市场在成本方面的竞争也十分激烈。
而MCM(多芯片模组)类型的SiP则是一贯应用于大型计算机主机和军用电子产品方面。
MCM已经建立多年,是比较成熟的技术。
在这个传统领域MCM将继续获得广泛应用,但是预计也不会显著地向这个领域以外扩大其应用范围。
估计汽车电子产品将是其扩展的领地之一。
此外,现在出现了各种各样的有关3D封装的新颖构想。
3D封装近来越来越受到人们的关注,成为吸引研究人员注意的焦点,它的进展有助于推动未来系统性能的提高与功能集成的进步。
SiP和系统级芯片(SOC)一样,也已经发展成为推动电子系统集成的重要因素。
SiP与SOC相比在某些应用市场有着一定的优势,在这些市场范围内它可以作为一种变通方案代替SOC。
SiP的集成方式比较灵活多样,进入市场的周期比较短,研究开发的费用也比较低,NRF费用也比较低,在一些应用领域生产成本也比较低。
这是它的优势。
但是,SiP这种技术并不能作为一种高级技术完全取代具有更高集成度水平的单芯片硅集成技术SOC,应该把SiP看作SOC技术的一种补充技术。
尤其是对于许多产量规模十分巨大,又是以CMOS技术为基础的应用,SOC将仍然是不可取代的优先选择。
和大多数新兴的市场一样,对于SiP的应用也仍然有一些关键的属于基础性的问题需要解决和改进,例如,如何在产业链的各个环节上降低成本,如何提高性能与可靠性,以推进市场的进一步口透与扩大。
其中也应该包括如何降低高连接线密度基板材料的成本;开发EDA设计工具;开发SiP电特性与机械特性的高速计算机模拟工具并使之与IC设计工具相连接;研究开发晶圆级封装技术;降低专用装配设备的成本;改进包封用材料的性能等问题。
下面将分别介绍对系统级封装(SiP)产品的市场驱动因素,各方面要求SiP达到的目标,以及在发展SiP产业的过程中需要克服的困难。
一.市场驱动因素在过去的两年里SiP市场规模的增长幅度比一般封装市场的增幅大得多,预计其增长幅度在今后的三年内仍将超过一般封装市场的平均增长幅度。
为了抓住这个不断扩大的市场机遇,IDM公司、半导体封装厂商、测试分包厂商,以及EMS(电子产品制造服务)公司等都在向SiP的有关研究开发与扩大生产能力的项目增加投资。
但是由于在2000-2002年间遭遇严重的半导体不景气,这些投资还是偏于保守,以至于目前在某些需要大力加强生产能力方面的投资显得不足。
目前在生产能力方面呈现明显不足的部分,集中在以下几处:高密度互连线(HDI)多层线路板基板、0201无引出线零部件、高密度组装,以及RF混合信号测试等方面。
从根本上说,推动SiP技术发展的主要动力,是对于电子产品小型化的强烈需求,希望产品体积更紧凑,集成度更高。
如果有可能许多厂商还是希望采用能够集成整个系统的硅单片SOC的解决方案。
应用CMOS工艺技术实现的SOC,仍然是成本最低,集成度最高的首选。
但是这些系统级芯片目前受技术限制,只能局限于数字式逻辑产品。
然而,许多系统往往需要具有混合信号功能和模拟的功能,并且在电子产品中还需要应用许多特殊的器件,这些特殊器件往往是不能应用以CMOS工艺技术为基础的制造方法实现的。
在这些应用方面,采用SiP技术来制成集成化的子系统,甚至整个系统的模组,是很有竞争力的。
在这些关键的应用市场中,SiP预计仍将继续大幅度增长。
RF移动电话一直是SiP增长最快的市场之一。
移动电话系统为了达到最高的性能水平,现在在一个简单的无线电系统中,往往混合采用硅,硅锗(SiGe)和砷化镓(GaAs)以及其它无源元件。
将这些不同工艺技术制造的零部件制作在一块硅单晶芯片上,目前的技术还不太可能,或者可以说在经济上还不划算。
但是采用SiP模组却可以应用表面安装技术(SMT,surface mount technology)术集成硅和砷化镓裸芯片,还可以采用嵌入式无源元件,非常经济有效地制成高性能RF系统。
这样的模组具有高度的灵活性,有利于系统的划分,分别对其进行优化。
并且设计周期与样品制作周期都比较短。
对于模组的客户亦即模组组装厂商,采用SiP技术以后,还可以简化装配过程,降低测试的复杂性与难度,同时由于减少了零部件的数目还可以节省整个系统的成本。
对于单纯的数字式电子产品市场,SiP的重要驱动力来自逻辑电路与存储器相结合的产品;为了降低这类产品的成本,提高其集成度往往需要采用SiP。
成本的降低是由于SiP可以将几个芯片叠加起来封装在一个封装内,从而减少了零部件的数量;同时也由于采用成本比较低的引线键合或倒叩焊的工艺实现存储器与逻辑电路的连接,从而降低了成本。
特别是当系统内芯片之间存在大量的共同连接时,由于能够共用封装提供的I/O,这种方式的SiP是最经济有效的解决方案。
除了节省封装的成本以外,这种芯片层叠式封装还可以大量节约电路板面积,降低电路板上互连的复杂程度。
在目前的层叠芯片封装中,有各种各样的叠加芯片的方式。
不论采用哪一种叠加方式,都是在对各个零部件进行过测试以后,再使用焊料或者其它连接方法将元件层叠起来再进行封装的。
它最大的优势是减少了电路板的面积,降低了电路板的复杂程度。
但是,还可以在每个封装内部安排布线,以便更精确地实现I/O 的对准。
而在线路板上安置裸芯片,一般不能达到很高的精度。
最复杂形式的SiP是MCM。
MCM的出现主要是受到改进与提高性能,尽量缩小体积要求的推动。
大多数这类应用都采用陶瓷基板,应用倒叩芯片互连技术,可以在比较高的环境温度下运行,具有比较高的可靠性。
MCM主要应用于汽车电子、军用系统,以及航天器材。
目前基板上的互连密度与半导体芯片上的互连密度间存在相当大的差距,采用MCM技术有助于缩短这个差距。
估计在今后的10年以内MCM技术将发展成为真正意义上的3DSiP。
这样可以进一步改进系统的性能,提供最高的集成密度。
SiP技术的复杂多样性(在某种程度上)是由于市场要求的多样化所决定的。
估计在相当长的时期内,这些纷繁的市场驱动仍然会要求SiP技术继续保持其多种多样性。
促使SiP技术继续向多种多样性发展的,近来又新增加了另外一个原因,就是于系统的发展需要将许多新型器件集成到系统中去。
例如当前就十分有兴趣将光学器件与电子器件集成在一个SiP之中;也关心将传感器为基础的MEMS(微电子与机械系统)与其它电子零部件一起集成在电子产品内。
将来还必然会要求将生物结构、纳米结构,以及化学器件(Chemical devices)集成进来。
这些特殊类型的器件和目前的砷化镓或者滤波器器件的情况十分类似。
随着12英口晶圆与深亚微米工艺技术的大量被采用,随着其它技术门类的发展,在当前技术大融合的形势下,电子产品将会更为复杂多样。
将这些不同类型的各种各样的器件集成在SiP内,看来是最为经济实效的方式。
二.要求达到的指标根据上述各种不同类型的应用与要求,去年美国电子制造业促进会邀请了一些专家,经过讨论,综合了在设计、装配过程、材料、零部件,以及可靠性等等方面对SiP的不同技术要求,并确定了一组数量不多的指标,并对上述要求加以量化,以便易于参考使用。
这些专家分别来自IDM(垂直集成的半导体器件制造司)公司、EMS(电子制造服务)公司、半导体封装/测试承包公司、有关的材料与设备供应公司,以及自各大学和研究机构。
这些来自不同产业与机构的专家,带来了有关SiP市场、技术的最新信息,以及围绕了扩展这一新兴技术产业所需要开展的研究工作的规划等等方面的最新观点。
现将这些指标列于表1中。
由于应用范围十分广,各种应用要求自然有很大的差异;也由于SiP技术发展尚很不成熟,所选择的指标主要考虑能否表明技术的发展趋势,并尽可能和研究团体所追求目标相一致。
鉴于SiP发展变化异常迅速,预计在今后两三年内,这些要求很可能会随着技术的发展成熟出现很大的变化。
需要及时进行修正。
MCM的最大端口数量是受大型计算机系统与网络市场的要求驱动的。
这些复杂的应用系统采用了规模庞大的复杂MCM技术。
对于这部分市场,系统的性能是最重要的驱动。
I/O 端口数量曾经受到大型主机应用的影响,被推进到PCB技术的极限;以后再没有遇到过更高数量的要求,因此没有必要再进一步增加。
RF模组的端口数量主要受RF系统的推动。
一般RF系统没有要求很大的I/O 端口数量。
预计随着模组功能的增加,与预计向数字化接口的转移,RP系统所需求的I/O数量估计将迅速增加,一直达到I/O密度的极限。
现在大多数模组产品利用一个周边安置I/O,节距现在为0.5mm。
因此预计随着I/O数量的增加,将会在2007年要求节距缩短到0.4mm,以增加I/O的数量。
这一改进将影响测试插座、SMT工艺技术,以及电路板母板,要求它们也作相应的改进。
在对于体积缩小要求十分严格的应用领域,它们所使用的存储器容量越来越大。