系统级封装(SiP)

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