超越摩爾一文看懂SiP封裝技術(shù)

超越摩爾，一文看懂SiP封裝技術(shù)

根據(jù)TRS的定義：SiP為將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與可選

無源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起,

實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

圖表1：SiP定義

來源：IC封裳盤用與工程謨計(jì)實(shí)例，天風(fēng)江軍研究所

從架構(gòu)上來講，SiP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等功能芯

片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。與soc（片上

系統(tǒng)）相對(duì)應(yīng)。不同的是系統(tǒng)級(jí)封裝是采用不同芯片進(jìn)行并排或疊加

的封裝方式，而SOC則是高度集成的芯片產(chǎn)品。

圖表2：SiP架構(gòu)

SiP架構(gòu)

來源：互聯(lián)網(wǎng)，天風(fēng)證春研究所

1.1.MoreMooreVSMorethanMoore------SoC與SiP之比較

SiP是超越摩爾定律下的重要實(shí)現(xiàn)路徑。眾所周知的摩爾定律發(fā)展到現(xiàn)

階段，何去何從？行業(yè)內(nèi)有兩條路徑：一是繼續(xù)按照摩爾定律往下發(fā)

展，走這條路徑的產(chǎn)品有CPU、內(nèi)存、邏輯器件等，這些產(chǎn)品占整個(gè)

市場(chǎng)的50%。另外就是超越摩爾定律的MorethanMoore路線，芯

片發(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升方面，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市

場(chǎng)的需求。這方面的產(chǎn)品包括了模擬/RF器件，無源器件、電源管理

器件等，大約占到了剩下的那50%市場(chǎng)。

圖裹3:半導(dǎo)體主要■產(chǎn)品占比

處理器芯片模擬芯片■邏輯芯片■存儲(chǔ)芯片

來源：半導(dǎo)體行業(yè)信息月，大風(fēng)汪原”亢所

針對(duì)這兩條路徑，分別誕生了兩種產(chǎn)品：與是摩爾定

SoCSiPoSoC

律繼續(xù)往下走下的產(chǎn)物，而SiP則是實(shí)現(xiàn)超越摩爾定律的重要路徑。

兩者都是實(shí)現(xiàn)在芯片層面上實(shí)現(xiàn)小型化和微型化系統(tǒng)的產(chǎn)物。

圖表4:MoreMooreVSMorethanMoore

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SoC與SIP是極為相似，兩者均將一個(gè)包含邏輯組件、內(nèi)存組件，甚

至包含被動(dòng)組件的系統(tǒng)，整合在一個(gè)單位中。SoC是從設(shè)計(jì)的角度出

發(fā)，是將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯片上。SiP是從封裝的立場(chǎng)

出發(fā)，對(duì)不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式，將多個(gè)具有不同功能

的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其

他器件優(yōu)先組裝到一起，實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件。

圖表5：SoC和SiP

來源：NXP.大風(fēng)證毒"先所

從集成度而言，一般情況下，SoC只集成AP之類的邏輯系統(tǒng)，而SiP

集成了AP+mobileDDR,某種程度上說SIP=SoC+DDR,隨著將來

集成度越來越高，emmc也很有可能會(huì)集成到SiP中。

從封裝發(fā)展的角度來看，因電子產(chǎn)品在體積、處理速度或電性特性各

方面的需求考量下，SoC曾經(jīng)被確立為未來電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與發(fā)

展方向。但隨著近年來SoC生產(chǎn)成本越來越高，頻頻遭遇技術(shù)障礙，

造成SoC的發(fā)展面臨瓶頸，進(jìn)而使SiP的發(fā)展越來越被業(yè)界重視。

圖裝6：SoC和SiP

SoCSiP

一個(gè)芯片就是一個(gè)系統(tǒng)集成系統(tǒng)的各個(gè)芯片及無源器件

受材料.IC不同工藝限制在基板上裝配

更高的密度，更高速可集成各種工藝的元件，如射頻器件、RLC

Die尺寸較大測(cè)試較復(fù)雜

較高的開發(fā)成本較低的開發(fā)成本

開發(fā)周期長(zhǎng)，良率較f氐更短的開發(fā)周期，較高的良率

摩爾定律發(fā)展方向超越摩爾定律發(fā)展方向

<4：ic封裝與拉術(shù).天風(fēng)證春研忘所

1.2.SiP——超越摩爾定律的必然選擇路徑

摩爾定律確保了芯片性能的不斷提升。眾所周知，摩爾定律是半導(dǎo)體

行業(yè)發(fā)展的“圣經(jīng)"。在硅基半導(dǎo)體上，每18個(gè)月實(shí)現(xiàn)晶體管的特征

尺寸縮小一半，性能提升一倍。在性能提升的同時(shí)，帶來成本的下降,

這使得半導(dǎo)體廠商有足夠的動(dòng)力去實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體特征尺寸的縮小。這其

中，處理器芯片和存儲(chǔ)芯片是最遵從摩爾定律的兩類芯片。以Intel為

例，每一代的產(chǎn)品完美地遵循摩爾定律。在芯片層面上，摩爾定律促

進(jìn)了性能的不斷往前推進(jìn)。

圖表7：遵從摩爾定律的英特爾處理器

舉5爾去司器他￡工啦i摩爾定黑4一”

來源：IC"裝與技表.天風(fēng)證稱研究所

PCB板并不遵從摩爾定律，是整個(gè)系統(tǒng)性能提升的瓶頸。與芯片規(guī)模

不斷縮小相對(duì)應(yīng)的是，PCB板這些年并沒有發(fā)生太大變化。舉例而言,

PCB主板的標(biāo)準(zhǔn)最小線寬從十年前就是3mil（大約75um）,到今

天還是3mil,幾乎沒有進(jìn)步。畢竟，PCB并不遵從摩爾定律。因?yàn)?/p>

PCB的限制，使得整個(gè)系統(tǒng)的性能提升遇到了瓶頸。比如，由于PCB

線寬都沒變化，所以處理器和內(nèi)存之間的連線密度也保持不變。換句

話說，在處理器和內(nèi)存封裝大小不大變的情況下，處理器和內(nèi)存之間

的連線數(shù)量不會(huì)顯著變化。而內(nèi)存的帶寬等于內(nèi)存接口位寬乘以內(nèi)存

接口操作頻率。內(nèi)存輸出位寬等于處理器和內(nèi)存之間的連線數(shù)量，在

十年間受到PCB板工藝的限制一直是64bit沒有發(fā)生變化。所以想提

升內(nèi)存帶寬只有提高內(nèi)存接口操作頻率。這就限制了整個(gè)系統(tǒng)的性能

提升。

SIP是解決系統(tǒng)桎梏的勝負(fù)手。把多個(gè)半導(dǎo)體芯片和無源器件封裝在同

一個(gè)芯片內(nèi)，組成一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的芯片，而不再用PCB板來作為承載芯

片連接之間的載體，可以解決因?yàn)镻CB自身的先天不足帶來系統(tǒng)性能

遇到瓶頸的問題。以處理器和存儲(chǔ)芯片舉例，因?yàn)橄到y(tǒng)級(jí)封裝內(nèi)部走

線的密度可以遠(yuǎn)高于PCB走線密度，從而解決PCB線寬帶來的系統(tǒng)

瓶頸。舉例而言，因?yàn)榇鎯?chǔ)器芯片和處理器芯片可以通過穿孔的方式

連接在一起，不再受PCB線寬的限制，從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)帶寬在接口

帶寬上的提升。

圖表9:現(xiàn)在的東筑

來界：x?fl.天風(fēng)證泰”無所

我們認(rèn)為，SiP不僅是簡(jiǎn)單地將芯片集成在一起。SiP還具有開發(fā)周期

短；功能更多；功耗更低，性能更優(yōu)良、成本價(jià)格更低，體積更小，

質(zhì)量更輕等優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)如下：

圖裳10：SiP封裝的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)描述

SIP封裝技術(shù)在同一封裝體內(nèi)加多個(gè)芯片,大大減少了封裝體積,提高了封翔率.

1封裝效率高

兩芯片加使面積比增加到170%,三芯片裝可使面積比增至250%.

由于SI啕裝不同于SOC無需版圖級(jí)布局布線，從而減少了設(shè)計(jì)、蛉證和調(diào)試的復(fù)雜

2產(chǎn)區(qū)上市周期短

性和縮短了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)間,即使需要局部改動(dòng)設(shè)計(jì)，也比SOC要簡(jiǎn)單容易得多.

SIP封裝將不同的工藝、樹斗制作的芯片封形成T系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)嵌入集成化無源元

3兼容性好件的夢(mèng)幻組合，秘電和便攜式電子贅機(jī)中現(xiàn)用的無源元件至少可被嵌入30?50%.

國(guó)至可將Si.GaAs、InPM芯片組合f化封裝.

SF可提供低功耗和低噪聲的系統(tǒng)級(jí)連接,在較高的頻率下工作可以獲得《寬的帶寬.

4和幾乎與SOC相等的總線帶寬.一付用的集成電路系統(tǒng).采用SIP封裝技術(shù)可比

SOC節(jié)省更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)費(fèi)用.

SIP封裝體的厚度不斷減少,最先進(jìn)的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)五層堆■芯片只有LOmm厚的超薄

5物理尺寸小

封裝,三■層芯片封裝的■加據(jù)35%.____________________________

SIP封裝技術(shù)可以使多個(gè)封裝合二為一,可使忌的煤點(diǎn)大為減少,也可以顯著減小封

6電性能高

裝體積、B*,縮短元件的連接路線,從而使電性能得以提高.

SIP封裝可提供低動(dòng)低點(diǎn)音的系統(tǒng)級(jí)連接，在較硼瞬率下工作可獲得幾乎與

7低功耗

SOC相等的匚流排匏度.

8程定性好SI唯寸裝具有良好的抗機(jī)械和化學(xué)腐蝕的修力以及高的可n性.

與傳SE的芯片封裝不同,SIP封裝不僅可以處理數(shù)字系統(tǒng),還可以應(yīng)用於光通信、傳

9應(yīng)用廣泛

感器以及微機(jī)電MEMS等領(lǐng)域

A4:iUH.大及證卷制究所夔獷

SiP工藝分析

SIP封裝制程按照芯片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝

焊兩種。

2.1.引線鍵合封裝工藝

引線鍵合封裝工藝主要流程如下：

圓片一圓片減薄T圓片切割一芯片粘結(jié)一引線鍵合一等離子清洗一液

態(tài)密封劑灌封一裝配焊料球一回流焊一表面打標(biāo)一分離一最終檢查T

測(cè)試一包裝。

?圓片減薄

圓片減薄是指從圓片背面采用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械（CMP）方式進(jìn)行研磨,

將圓片減薄到適合封裝的程度。由于圓片的尺寸越來越大，為了增加

圓片的機(jī)械強(qiáng)度，防止在加工過程中發(fā)生變形、開裂，其厚度也一直

在增加。但是隨著系統(tǒng)朝輕薄短小的方向發(fā)展，芯片封裝后模塊的厚

度變得越來越薄，因此在封裝之前一定要將圓片的厚度減薄到可以接

受的程度，以滿足芯片裝配的要求。

?圓片切割

圓片減薄后，可以進(jìn)行劃片。較老式的劃片機(jī)是手動(dòng)操作的，現(xiàn)在一

般的劃片機(jī)都已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。無論是部分劃線還是完全分割硅片，

目前均采用鋸刀，因?yàn)樗鼊澇龅倪吘壵R，很少有碎屑和裂口產(chǎn)生。

,芯片粘結(jié)

已切割下來的芯片要貼裝到框架的中間焊盤上。焊盤的尺寸要和芯片

大小相匹配，若焊盤尺寸太大，則會(huì)導(dǎo)致引線跨度太大，在轉(zhuǎn)移成型

過程中會(huì)由于流動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力而造成引線彎曲及芯片位移現(xiàn)象。貼裝

的方式可以是用軟焊料（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，在塑料封裝中最常用的方法是使

用聚合物粘結(jié)劑粘貼到金屬框架上。

?引線鍵合

在塑料封裝中使用的引線主要是金線，其直徑一般為

引線的長(zhǎng)度常在之間，而弧圈

0.025mm~0.032mmo1.5mm~3mm

的高度可比芯片所在平面高

0.75mmo

鍵合技術(shù)有熱壓焊、熱超聲焊等。這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是容易形成球形（即

焊球技術(shù)），并防止金線氧化。為了降低成本，也在研究用其他金屬

絲，如鋁、銅、銀、鉗等來替代金絲鍵合。熱壓焊的條件是兩種金屬

表面緊緊接觸，控制時(shí)間、溫度、壓力，使得兩種金屬發(fā)生連接。表

面粗糙（不平整）、有氧化層形成或是有化學(xué)沾污、吸潮等都會(huì)影響

到鍵合效果，降低鍵合強(qiáng)度。熱壓焊的溫度在300。€：~400（，時(shí)間一

般為40ms（通常，加上尋找鍵合位置等程序，鍵合速度是每秒二線）。

超聲焊的優(yōu)點(diǎn)是可避免高溫，因?yàn)樗?0kHz~60kHz的超聲振動(dòng)提

供焊接所需的能量，所以焊接溫度可以降低一些。將熱和超聲能量同

時(shí)用于鍵合，就是所謂的熱超聲焊。與熱壓焊相比，熱超聲焊最大的

優(yōu)點(diǎn)是將鍵合溫度從350（降到250C左右（也有人認(rèn)為可以用100℃

?150C的條件），這可以大大降低在鋁焊盤上形成Au-AI金屬間化

合物的可能性，延長(zhǎng)器件壽命，同時(shí)降低了電路參數(shù)的漂移。在引線

鍵合方面的改進(jìn)主要是因?yàn)樾枰絹碓奖〉姆庋b，有些超薄封裝的厚

度僅有0.4mm左右。所以引線環(huán)（loop）從一般的200pm~300p

m減小到100Rm~：L25|jm,這樣引線張力就很大，繃得很緊。另外，

在基片上的引線焊盤外圍通常有兩條環(huán)狀電源/地線，鍵合時(shí)要防止

金線與其短路，其最小間隙必須＞625|jm,要求鍵合引線必須具有高

的線性度和良好的弧形。

守西丁/弓/兀

清洗的重要作用之一是提高膜的附著力，如在Si襯底上沉積Au膜，

經(jīng)Ar等離子體處理掉表面的碳?xì)浠衔锖推渌廴疚铮黠@改善了

Au的附著力。等離子體處理后的基體表面，會(huì)留下一層含氟化物的灰

色物質(zhì)，可用溶液去掉。同時(shí)清洗也有利于改善表面黏著性和潤(rùn)濕性。

?液態(tài)密封劑灌封

將已貼裝好芯片并完成引線鍵合的框架帶置于模具中，將塑封料的預(yù)

成型塊在預(yù)熱爐中加熱（預(yù)熱溫度在90乙~95。（：之間），然后放進(jìn)轉(zhuǎn)

移成型機(jī)的轉(zhuǎn)移罐中。在轉(zhuǎn)移成型活塞的壓力之下，塑封料被擠壓到

澆道中，并經(jīng)過澆口注入模腔（在整個(gè)過程中，模具溫度保持在170℃

~175。（2左右）。塑封料在模具中快速固化，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓，使

得模塊達(dá)到一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊，成型過程就完成了。

對(duì)于大多數(shù)塑封料來說，在模具中保壓幾分鐘后，模塊的硬度足可以

達(dá)到允許頂出的程度，但是聚合物的固化（聚合）并未全部完成。由

于材料的聚合度（固化程度）強(qiáng)烈影響材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱應(yīng)

力，所以促使材料全部固化以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)于提高器件可

靠性是十分重要的，后固化就是為了提高塑封料的聚合度而必需的工

藝步驟，一般后固化條件為

170℃~175℃,2h~4ho

?液態(tài)密封劑灌封

目前業(yè)內(nèi)采用的植球方法有兩種："錫膏"+"錫球"和"助焊膏"+

"錫球"。"錫膏"+"錫球"植球方法是業(yè)界公認(rèn)的最好標(biāo)準(zhǔn)的植球

法，用這種方法植出的球焊接性好、光澤好，熔錫過程不會(huì)出現(xiàn)焊球

偏置現(xiàn)象，較易控制，具體做法就是先把錫膏印刷到BGA的焊盤上，

再用植球機(jī)或絲網(wǎng)印刷在上面加上一定大小的錫球，這時(shí)錫膏起的作

用就是粘住錫球，并在加溫的時(shí)候讓錫球的接觸面更大，使錫球的受

熱更快更全面，使錫球熔錫后與焊盤焊接性更好并減少虛焊的可能。

.表面打標(biāo)

打標(biāo)就是在封裝模塊的頂表面印上去不掉的、字跡清楚的字母和標(biāo)識(shí),

包括制造商的信息、國(guó)家、器件代碼等，主要是為了識(shí)別并可跟蹤。

打碼的方法有多種，其中最常用的是印碼方法，而它又包括油墨印碼

和激光印碼二種。

.分離

為了提高生產(chǎn)效率和節(jié)約材料，大多數(shù)SIP的組裝工作都是以陣列組

合的方式進(jìn)行，在完成模塑與測(cè)試工序以后進(jìn)行劃分，分割成為單個(gè)

的器件。劃分分割可以采用鋸開或者沖壓工藝，鋸開工藝靈活性比較

強(qiáng)，也不需要多少專用工具，沖壓工藝則生產(chǎn)效率比較高、成本較低，

但是需要使用專門的工具。

2.2.倒裝焊工藝

和引線鍵合工藝相比較倒裝焊工藝具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)倒裝焊技術(shù)克服了引線鍵合焊盤中心距極限的問題；

(2)在芯片的電源/地線分布設(shè)計(jì)上給電子設(shè)計(jì)師提供了更多的便利；

(3)通過縮短互聯(lián)長(zhǎng)度，減小RC延遲，為高頻率、大功率器件提供

更完善的信號(hào)；

(4)熱性能優(yōu)良，芯片背面可安裝散熱器；

(5)可靠性高，由于芯片下填料的作用，使封裝抗疲勞壽命增強(qiáng)；

(6)便于返修。

以下是倒裝焊的工藝流程（與引線鍵合相同的工序部分不再進(jìn)行單獨(dú)

說明）：圓片一焊盤再分布一圓片減薄、制作凸點(diǎn)T圓片切割一倒裝

鍵合、下填充一包封一裝配焊料球一回流焊一表面打標(biāo)一分離一最終

檢查一測(cè)試一包裝。

?焊盤再分布

為了增加引線間距并滿足倒裝焊工藝的要求，需要對(duì)芯片的引線進(jìn)行

再分布。

?制作凸點(diǎn)

焊盤再分布完成之后，需要在芯片上的焊盤添加凸點(diǎn)，焊料凸點(diǎn)制作

技術(shù)可采用電鍍法、化學(xué)鍍法、蒸發(fā)法、置球法和焊膏印刷法。目前

仍以電鍍法最為廣泛，其次是焊膏印刷法。

圖夫12：電融法尊施存存"點(diǎn)的工藝成程^413：印刷法滲加焊料凸點(diǎn)峋工藝潦穆

7

命?化&片

6.去7.XBUBM

■冬：如同.大風(fēng)讓木蜀競(jìng)酊

?倒裝鍵合、下填充

在整個(gè)芯片鍵合表面按柵陣形狀布置好焊料凸點(diǎn)后，芯片以倒扣方式

安裝在封裝基板上，通過凸點(diǎn)與基板上的焊盤實(shí)現(xiàn)電氣連接，取代了

WB和TAB在周邊布置端子的連接方式。倒裝鍵合完畢后，在芯片與

基板間用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充，可以減少施加在凸點(diǎn)上的熱應(yīng)力和機(jī)械

應(yīng)力，比不進(jìn)行填充的可靠性提高了1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖衰14:包封環(huán)節(jié)的工藝流程

助炸劑為K的奘芯片一

“修防庫劑對(duì)位及&&及板則演祥振）

來源：的網(wǎng).天風(fēng)證卷V究所

SiP-----為應(yīng)用而生

3.1.主要應(yīng)用領(lǐng)域

SiP的應(yīng)用非常廣泛，主要包括：無線通訊、汽車電子、醫(yī)療電子、計(jì)

算機(jī)、軍用電子等。

應(yīng)用最為廣泛的無線通訊領(lǐng)域。SiP在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用最早，也是

應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域。在無線通訊領(lǐng)域，對(duì)于功能傳輸效率、噪聲、

體積、重量以及成本等多方面要求越來越高，迫使無線通訊向低成本、

便攜式、多功能和高性能等方向發(fā)展。SiP是理想的解決方案，綜合了

現(xiàn)有的芯核資源和半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，降低成本，縮短上市時(shí)間,

同時(shí)克服了SOC中諸如工藝兼容、信號(hào)混合、噪聲干擾、電磁干擾等

難度。手機(jī)中的射頻功放，集成了頻功放、功率控制及收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)

等功能，完整的在SiP中得到了解決。

汽車電子是SiP的重要應(yīng)用場(chǎng)景。汽車電子里的SiP應(yīng)用正在逐漸增

加。以發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）舉例，ECU由微處理器（CPU）,存

儲(chǔ)器（ROM、RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）

以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。各類型的芯片之間工藝不同，

目前較多采用SiP的方式將芯片整合在一起成為完整的控制系統(tǒng)。另

外，汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、燃油噴射控制系統(tǒng)、安全氣囊電子系統(tǒng)、

方向盤控制系統(tǒng)、輪胎低氣壓報(bào)警系統(tǒng)等各個(gè)單元，采用SiP的形式

也在不斷增多。此外，SIP技術(shù)在快速增長(zhǎng)的車載辦公系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)

中也獲得了成功的應(yīng)用。

圖表16:瑞法R-CarH3汽隼自動(dòng)鳥聯(lián)系悅平臺(tái)SiP

來:8：ic有裝設(shè)計(jì).天風(fēng)證赤研完所

醫(yī)療電子需要可靠性和小尺寸相結(jié)合，同時(shí)兼具功能性和壽命。在該

領(lǐng)域的典型應(yīng)用為可植入式電子醫(yī)療器件，比如膠囊式內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺

鏡由光學(xué)鏡頭、圖像處理芯片、射頻信號(hào)發(fā)射器、天線、電池等組成。

其中圖像處理芯片屬于數(shù)字芯片、射頻信號(hào)發(fā)射器則為模擬芯片、天

線則為無源器件。將這些器件集中封裝在一個(gè)SiP之內(nèi)，可以完美地

解決性能和小型化的要求。

圖表17：展jr內(nèi)盛戰(zhàn)

來源：IC第裝議計(jì).天風(fēng)證界研化所

SiP在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用主要來自于將處理器和存儲(chǔ)器集成在一起。以

舉例，通常包括圖形計(jì)算芯片和而兩者的封裝方式并

GPUSDRAMO

不相同。圖形計(jì)算方面都采用標(biāo)準(zhǔn)的塑封焊球陣列多芯片組件方式封

裝，而這種方式對(duì)于SDRAM并不適合。因此需要將兩種類型的芯片

分別封裝之后，再以SiP的形式封裝在一起。

圖裝18：應(yīng)用了HBM技術(shù)的AMDFijiGPU

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火源：IC封裝諛升.天風(fēng)證赤研究所

SiP在其他消費(fèi)類電子中也有很多應(yīng)用。這其中包括了ISP（圖像處理

芯片）、藍(lán)牙芯片等。ISP是數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、攝像頭、玩具等電子

產(chǎn)品的核心器件，其通過光電轉(zhuǎn)換，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然

后實(shí)現(xiàn)圖像的處理、顯示和存儲(chǔ)。圖像傳感器包括一系列不同類型的

元器件,如CCD、COMS圖像傳感器、接觸圖像傳感器、電荷載入器

件、光學(xué)二極管陣列、非晶硅傳感器等，SiP技術(shù)無疑是一種理想的封

裝技術(shù)解決方案。

藍(lán)牙系統(tǒng)一般由無線部分、鏈路控制部分、鏈路管理支持部分和主終

端接口組成，SiP技術(shù)可以使藍(lán)牙做得越來越小迎合了市場(chǎng)的需求，從

而大力推動(dòng)了藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用。SiP完成了在一個(gè)超小型封裝內(nèi)集成了

藍(lán)牙無線技術(shù)功能所需的全部原件（無線電、基帶處理器、ROM、濾

波器及其他分立元件）。

軍事電子產(chǎn)品具有高性能、小型化、多品種和小批量等特點(diǎn)，SiP技術(shù)

順應(yīng)了軍事電子的應(yīng)用需求，因此在這一技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用市

場(chǎng)和發(fā)展前景。Sip產(chǎn)品涉及衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、巨

型計(jì)算機(jī)等軍事裝備，最具典型性的應(yīng)用產(chǎn)品是各種頻段的收發(fā)組件。

3.2.SiP——為智能手機(jī)量身定制

手機(jī)輕薄化帶來SiP需求增長(zhǎng)。手機(jī)是SiP封裝最大的市場(chǎng)。隨著智

能手機(jī)越做越輕薄，對(duì)于SiP的需求自然水漲船高。從2011-2015,

各個(gè)品牌的手機(jī)厚度都在不斷縮減。輕薄化對(duì)組裝部件的厚度自然有

越來越高的要求。以iPhone6s為例，已大幅縮減PCB的使用量，很

多芯片元件都會(huì)做到SiP模塊里，而到了iPhone8,有可能是蘋果第

一款全機(jī)采用SiP的手機(jī)。這意味著，iPhone8一方面可以做得更加

輕薄，另一方面會(huì)有更多的空間容納其他功能模塊，比如說更強(qiáng)大的

攝像頭、揚(yáng)聲器，以及電池。

圖表21:智能手機(jī)的輕薄化趨勢(shì)

來源：集成電路產(chǎn)業(yè)論標(biāo).大風(fēng)證考?研究所

從蘋果產(chǎn)品看SiP應(yīng)用。蘋果是堅(jiān)定看好SiP應(yīng)用的公司，蘋果在之

前AppleWatch上就已經(jīng)使用了SiP封裝。

圖裹22：AppleWatch運(yùn)用的SiP模姐

除了手表以外，蘋果手機(jī)中使用SiP的顆數(shù)也在逐漸增多。列舉有：

觸控芯片，指紋識(shí)別芯片，RFPA等。

觸控芯片。在Iphone6中，觸控芯片有兩顆，分別由Broadcom和

TI提供，而在6s中，將這兩顆封在了同一個(gè)package內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了

SiP的封裝。而未來會(huì)進(jìn)一步將TDDI整個(gè)都封裝在一起。iPhone6s

中展示了新一代的3DTouch技術(shù)。觸控感應(yīng)檢測(cè)可以穿透絕緣材料

外殼，通過檢測(cè)人體手指帶來的電壓變化，判斷出人體手指的觸摸動(dòng)

作，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。而觸控芯片就是要采集接觸點(diǎn)的電壓值，

將這些電極電壓信號(hào)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)信號(hào)，并根據(jù)坐標(biāo)信號(hào)控制

手機(jī)做出相應(yīng)功能的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)其控制功能。3DTouch的出現(xiàn),

對(duì)觸控模組的處理能力和性能提出了更高的要求，其復(fù)雜結(jié)構(gòu)要求觸

控芯片采用SiP組裝，觸覺反饋功能加強(qiáng)其操作友好性。

圖襲23：iPhone6s中的觸控芯片SiP

指紋識(shí)別同樣采用了SiP封裝。將傳感器和控制芯片封裝在一起，從

iPhone5開始，就采取了相類似的技術(shù)。

圖表24：iPhone6s中的指繪識(shí)別SiP

RFPA模塊。手機(jī)中的RFPA是最常用SiP形式的。iPhone6S也同樣

不例外，在中，有多顆芯片，都是采用了

iPhone6SRFPASiPo

圖表25：iPhone6s中灼RFPASiP

按照蘋果的習(xí)慣，所有應(yīng)用成熟的技術(shù)會(huì)傳給下一代，我們判斷，即

將問世的蘋果iPhone7會(huì)更多地采取SiP技術(shù)，而未來的iPhone7s、

iPhone8會(huì)更全面，更多程度的利用SiP技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部空間的壓

縮。

快速增長(zhǎng)的SiP市場(chǎng)

4.1.市場(chǎng)規(guī)模&滲透率迅速提升

2013-2016SiP市場(chǎng)CAGR=15%。2014年全球SiP產(chǎn)值約為48.43

億美元，較2013年成長(zhǎng)12.4%左右;2015年在智慧型手機(jī)仍持續(xù)成

長(zhǎng),以及AppleWatch等穿戴式產(chǎn)品問世下，全球SiP產(chǎn)值估計(jì)達(dá)到

55.33億美元，較2014年成長(zhǎng)14.3%。

2016年，雖然智慧型手機(jī)可能逐步邁入成熟期階段，難有大幅成長(zhǎng)的

表現(xiàn)，但SiP在應(yīng)用越趨普及的趨勢(shì)下，仍可呈現(xiàn)成長(zhǎng)趨勢(shì)，因此，

預(yù)估2016年全球SiP產(chǎn)值仍將可較2015年成長(zhǎng)17.4%,來^64.94

億美元。

^426：全球SiP產(chǎn)值^427：各應(yīng)用4f城產(chǎn)饃占比

各應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)值占比

■CeNPhones

?gt，Cameras

Servers/Wbrkstations

Roulers/Switdies

?OesktopPCs.lntemet

■NotebookPCs

MP3Players

■VideoRecorders

■Camcorders

■BaseStations

■Medical

"Othe<

*4:又乂讓卷鞏意依來Q：CM

市場(chǎng)滲透率將迅速提升。我們預(yù)計(jì)，SiP在智能手機(jī)中的滲透率將從

年的迅速提升到年的在輕薄化趨勢(shì)已經(jīng)確定

201610%201840%o

的情況下，能完美實(shí)現(xiàn)輕薄化要求的SiP理應(yīng)會(huì)得到更多的應(yīng)用。不

止是蘋果，我們預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)智能手機(jī)廠商也會(huì)迅速跟進(jìn)。此外，滲透率

提升不單是采用SiP的智能手機(jī)會(huì)增多，在智能手機(jī)中使用的SiP的

顆數(shù)也會(huì)增加。兩個(gè)效應(yīng)疊加驅(qū)使SiP的增量市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

我們測(cè)算SiP在智能手機(jī)市場(chǎng)未來三年內(nèi)的市場(chǎng)規(guī)模。假設(shè)SiP的單

價(jià)每年降價(jià)10%,智能手機(jī)出貨量年增3%?？梢钥吹剑琒iP在智能手

機(jī)中的新增市場(chǎng)規(guī)模CAGR=192%,非?？捎^。

圖式28：SiP新增市場(chǎng)規(guī)模

亭分期?廢7盤手在旗鄰嶷建SZP震格■衣（憶90孽幽景出

2016M憶部10%2.84.00IL20億美尢

20173*14.42億冬25%U2S3.6.俎9化式無

20185<1485億部40%32324光化美元

來源：IDC.天風(fēng)迎春巧究所

42從制造到封測(cè)——逐漸融合的SiP產(chǎn)業(yè)鏈

從產(chǎn)業(yè)鏈的變革、產(chǎn)業(yè)格局的變化來看，今后電子產(chǎn)業(yè)鏈將不再只是

傳統(tǒng)的垂直式鏈條：終端設(shè)備廠商一一IC設(shè)計(jì)公司——封測(cè)廠商、

Foundry廠、IP設(shè)計(jì)公司，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)將同時(shí)調(diào)動(dòng)封裝廠商、基板廠

商、材料廠、IC設(shè)計(jì)公司、系統(tǒng)廠商、Foundry廠、器件廠商（如

TDK、村田）、存儲(chǔ)大廠（如三星）等彼此交叉協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)

升級(jí)。未來系統(tǒng)將帶動(dòng)封裝業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，反之高端封裝也將推動(dòng)系

統(tǒng)終端繁榮。未來系統(tǒng)廠商與封裝廠的直接對(duì)接將會(huì)越來越多，而IC

設(shè)計(jì)公司則將可能向IP設(shè)計(jì)或者直接出售晶圓兩個(gè)方向去發(fā)展。

圖裝29：封裝產(chǎn)業(yè)健從過去的垂直式鞋條向檢此交叉誣作發(fā)展

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)

來源：i??,大風(fēng)浮/研尢所

近年來，部分晶圓代工廠也在客戶一次購(gòu)足的服務(wù)需求下(Turnkey

Service),開始擴(kuò)展業(yè)務(wù)至下游封測(cè)端，以發(fā)展SiP等先進(jìn)封裝技術(shù)來

打造一條龍服務(wù)模式，滿足上游IC設(shè)計(jì)廠或系統(tǒng)廠。然而，晶圓代工

廠發(fā)展SiP等先進(jìn)封裝技術(shù)，與現(xiàn)有封測(cè)廠商間將形成微妙的競(jìng)合關(guān)

系。首先，晶圓代工廠基于晶圓制程優(yōu)勢(shì)，擁有發(fā)展晶圓級(jí)封裝技術(shù)

的基本條件，跨入門檻并不甚高。因此，晶圓代工廠可依產(chǎn)品應(yīng)用趨

勢(shì)與上游客戶需求，在完成晶圓代工相關(guān)制程后，持續(xù)朝晶圓級(jí)封裝

等后段領(lǐng)域邁進(jìn)，以完成客戶整體需求目標(biāo)。這對(duì)現(xiàn)有封測(cè)廠商來說,

可能形成一定程度的競(jìng)爭(zhēng)。

由于封測(cè)廠幾乎難以向上游跨足晶圓代工領(lǐng)域，而晶圓代工廠卻能基

于制程技術(shù)優(yōu)勢(shì)跨足下游封測(cè)代工，尤其是在高階SiP領(lǐng)域方面；因

此，晶圓代工廠跨入SiP封裝業(yè)務(wù)，將與封測(cè)廠從單純上下游合作關(guān)

系，轉(zhuǎn)向微妙的競(jìng)合關(guān)系。

封測(cè)廠一方面可朝差異化發(fā)展以區(qū)隔市場(chǎng)，另一方面也可選擇與晶圓

代工廠進(jìn)行技術(shù)合作，或是以技術(shù)授權(quán)等方式，搭配封測(cè)廠龐大的產(chǎn)

能基礎(chǔ)進(jìn)行接單量產(chǎn)，共同擴(kuò)大市場(chǎng)。此外，晶圓代工廠所發(fā)展的高

階異質(zhì)封裝，其部份制程步驟仍須專業(yè)封測(cè)廠以現(xiàn)有技術(shù)協(xié)助完成，

因此雙方仍有合作立基點(diǎn)。

4.3.SiP行業(yè)標(biāo)的

日月光+環(huán)旭電子：

全球主要封測(cè)大廠中，日月光早在2010年便購(gòu)并電子代工服務(wù)廠

(EMS)一環(huán)旭電子，以本身封裝技術(shù)搭配環(huán)電在模組設(shè)計(jì)與系統(tǒng)整合實(shí)

力，發(fā)展SiP技術(shù)。使得日月光在SiP技術(shù)領(lǐng)域維持領(lǐng)先地位，并能

夠陸續(xù)獲得手機(jī)大廠蘋果的訂單，如Wi-Fi、處理器、指紋辨識(shí)、壓

力觸控、MEMS等模組，為日月光帶來后續(xù)成長(zhǎng)動(dòng)力。

此外，日月光也與DRAM制造大廠華亞科策略聯(lián)盟，共同發(fā)展SiP范

疇的TSV2.5DIC技術(shù);由華亞科提供日月光硅中介層(Silicon

Interpose。的硅晶圓生產(chǎn)制造，結(jié)合日月光在高階封測(cè)的制程能力，

擴(kuò)大日月光現(xiàn)有封裝產(chǎn)品線。

不僅如此，日月光也與日本基板廠商TDK合作，成立子公司日月陽，

生產(chǎn)集成電路內(nèi)埋式基板，可將更多的感測(cè)器與射頻元件等晶片整合

在尺寸更小的基板上，讓SiP電源耗能降低，體積更小，以適應(yīng)可穿

戴裝置與物聯(lián)網(wǎng)的需求。

日月光今年主要成長(zhǎng)動(dòng)力將來自于SiP,1H2016SiP營(yíng)收已近20億

美元，預(yù)期未來5-10年，SiP會(huì)是公司持續(xù)增長(zhǎng)的動(dòng)力。日月光旗下

的環(huán)旭電子繼拿下A公司的穿戴式手表SiP大單之后，也再拿下第二

家美系大廠智慧手表SiP訂單，預(yù)定明年出貨。

安靠：

全球第二大封測(cè)廠安靠則是將韓國(guó)廠區(qū)作為發(fā)展SiP的主要基地。除

了2013

年加碼投資韓國(guó)，興建先進(jìn)廠房與全球研發(fā)中心之外；安