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封装进入“寒武纪”!中国系统级封装大会百家言

来源:爱集微

#系统级封装#

05-26 16:33

集微网消息,随着电子产品趋向于小型化、轻薄化、功能化和低功耗,以系统级封装(SiP)、晶圆级封装、2.5/3D封装为代表的先进封装技术得到越来越多的应用。尤其进入后摩尔时代,仅靠提升工艺来提升芯片性能已经无法满足市场需求,业界逐渐转向系统级封装技术的创新。SiP被视为是超越摩尔定律的重要路径。在这一背景下,中国系统级封装大会于2021年5月21日在上海正式举行。此次盛会汇集SiP全产业链厂商,聚焦行业的机遇与挑战。

本次大会由博闻创意会展(深圳)有限公司主办,上海市电子学会SMT/MPT专业委员会协办,共有 20 位重磅专家汇聚进行演讲分享,分别来自:芯和半导体、闻泰科技、韦尔半导体、日月光&环旭电子、云天半导体、贺利氏、Cadence、芯朴科技、世芯电子、ZUKEN、恩艾、歌尔微、ASM、立德智兴、韦尔通科技、汉高、铟泰公司、奥特斯、晶方半导体、上海市科技成果评价研究院等。

现场还有 13 家企业展台将发布年度新品、技术及方案。日本化研、益思迪、立德智兴、山木电子、贺利氏、汉高、芯和半导体、铭赛科技、ZUKEN、艾斯达克、歌尔微、锐杰微、铟泰公司,聚焦展示系统级封装解决方案、EDA电子软件、材料与仪器设备。

大会主席、芯和半导体创始人兼CEO凌峰发表以《系统级封装SiP技术的趋势和对EDA的挑战》为主题的演讲。他指出,系统级封装(SiP)是后摩尔时代的关键技术,在5G、数据中心、高性能计算和AI等领域发挥重要作用。但多芯片引发的互连问题,系统内部问题以及EDA工具都是行业正在面临的挑战。

凌峰称,SiP技术给EDA带来了巨大挑战。一方面,国内EDA行业处于早期阶段,如何实现突破是现在及未来的任务之一;另一方面, SoC发展到SiP,让EDA分析、验证过程变得越来越复杂。

 如何打破芯片与封装之间的那道“墙”,如何实现EDA平台数据的一致性,完成协同设计,是推动SiP技术进一步发展的解决方法。因此,行业亟需一个统一的EDA设计、仿真平台,能够同时满足晶圆厂和封测厂的需求。

闻泰科技旗下闻泰研究院院长兼副总裁朱华伟在演讲中表示,公司已针对SiP技术展开部分研究。在智能手机领域,除射频模块外,通用单元电路小型化需求正推升SiP技术的采用率;在可穿戴领域,闻泰已经在TWS耳机和智能手表上应用SiP技术。据其称,闻泰同时应用了双面不规则Molding(注塑)及Hotbar 软板(FPC)连接的方式,可减少装配成本,提供更高可靠性。此外,该公司在电源、车载通讯方面也开始进行了SiP探索。

朱华伟还表示,异构集成SiP技术可使寄生电感最小化,减小系统面积,方便结构设计,提供更好的保护设计,并有助于探索磁性元件集成。闻泰希望通过SiP工艺为现有产品赋能,提高产品的竞争力,而非单纯做一个SiP器件本身。布局SiP,是为了将系统集成能力建立在其先进工艺基础之上。

韦尔半导体MEMS开发应用整合高级经理赵成龙在《先进封装技术助力MEMS产品创新》中表示,先进封装技术将传感器、执行器、信号处理电路、通信接口等集成在MEMS系统里,其类型和技术也影响着MEMS产品的生命周期。

赵成龙指出,相比于IC封装,MEMS封装除了要实现保护电路互联、解决散热等问题外,还要考虑到传感器的交互,因此有些需要采用气密性封装甚至真空封装。另外,MEMS封装还要兼顾长期可靠性,特别是在汽车等对使用寿命要求高的领域。他进一步指出,先进的封装技术,将推动MEMS向多功能集成化、小型化和低成本的方向发展。

从应用趋势分析,未来智慧化的技术将对MEMS的需求越来越高。按行业来看,MEMS传感器主要应用领域包括工业检测、汽车、医疗、消费电子、通信以及滤波器等,消费电子和汽车行业共占据MEMS市场几乎80%的份额。市场研究机构YOLE的数据显示,MEMS市场规模到2025年预计达到177亿美元,2019~2025的年均符合增长率为7.4%。

环旭电子先进制程研发中心暨微小化模块事业处AVP赵健指出,目前单个产品采用系统级封装的情况基本仍集中于可穿戴设备,以及对尺寸要求极为严苛的领域,如生物医学。

不过他认为,SiP技术可以与前道技术相融合,在一定程度上降低后道流程的难度。赵健指出,在组装过程中,很多工序实际上仍依赖人工,因此会面临来自空间和人为操作的挑战。采用SiP技术,将工艺更多的集中在前道,还可以为客户降低供应链整体的复杂性。另外,SiP技术还能够更好的实现电磁屏蔽(EMI Shielding)。

目前,从晶圆厂、OSAT到EMS,整个代工产业链已经积极投入到SiP技术的研发和实际产品拓展中。随着SiP技术逐渐成熟,以及从设计端到整个产业链的技术整合,产品整体制造成本有望降低。赵健指出,随着SiP赛道参与者增多,预计SiP应用,尤其是终端产品领域的爆发点将愈来愈近。

歌尔微电子高级总监田德文就系统级封装技术在智能终端的应用发表演讲指出,摩尔定律趋近于物理极限,是异构集成SiP被看好的原因之一。这项技术还能够缩短研发周期,降低成本。

田德文表示,智能手机是SiP最大的应用市场。智能手机普遍采用各种SiP模组,包括射频前端、电源管理、摄像头MEMS、无线模块、CPU、存储模块等等。

根据Yole的数据,SiP市场预计到2025年将增至18.8亿美元,2019~2015年均复合增长率达6%。从器件类型来看,射频前端占据整体市场比重最大。5G带来更多的可使用频段,推升手机使用的器件数量,通过采用模组的形式可以维持体积不变甚至更轻薄。

此外,田德文指出,产业链多环节都进入到系统级封装市场,包括歌尔也在其中。不过,最大的挑战就也来自于供应链。他总结出三点原因:一是芯片获取能力通常依赖客户的影响力和订单数量;二是协同设计、仿真包括系统级封装的跨尺度仿真、多物理场仿真等仍有很大挑战;三是只进行一次终测导致的良率损失成本太高,以及无法准确判断具体的失效器件,可以说EDA仍是SiP面临的最大挑战之一。

贺利氏电子中国区研发总监张靖这样形容,封装已经进入“寒武纪”。区别于三十多年前,现在的封装形式、模式层出不穷。另外,越来越多的厂商开始“跨界“,包括台积电、三星电子、环旭等在内,都在往OSAT业务发展。这意味着,市场竞争局面将越来越复杂,但研发周期会越来越快。

如何适应这种变化?张靖指出,现在IC设计和OSAT变得“ 你中有我,我中有你”,但却少了材料和设备行业的身影,这意味着OSAT只能按照现有材料提供解决方案,无法做进一步创新。作为材料供应商,可以助力封装设计更具灵活性和可能性。张靖说,希望这一合作模式可以在未来变成常态,如果IC设计、OSAT、材料与设备供应商能够坐下来一起合作,将进一步加速产品迭代速度。

上海楷登电子技术支持总监王辉在演讲中表示,半导体制造工艺发展到28nm以后,系统变得越来越重要 ,为使产品达到预期性能,封装逐渐引起业界重视。

王辉认为,在后摩尔时代,异构集成、硅通孔封装技术(TSV)和扇出型晶圆级封装(FOWLP)等先进IC封装技术将扮演重要角色。芯片代工厂未来也将推动新的封装技术,例如可以降低3D IC/封装设计风险的ADKs等。

王辉指出,未来可能会出现一种新的商业模式,供应商不再卖整个系统,改卖chiplet。目前,仅有少数供应商推出chiplet,接下来的任务是要在IP公司行动之前实现chiplet商业化,促进这一商业模式的形成。据悉,产业有关小芯片的互连方式、接口协议等研究正在进行当中。

芯朴科技COO顾建忠发表主题为《5G手机射频前端SiP的设计和封装趋势》的演讲。顾建忠指出,在2G时代,射频前端还是由单个器件组成,现在模组化的支撑成本越来越高。随着5G频段增加,带动模组数量增加,智能手机对封装要求越来越高。未来射频前端将朝着多芯片与高集成的方向发展。

射频前端通常包括PA、放大器、滤波器以及开关等关键部件。顾建忠指出,在3G、4G和5G时代,PA的路线图中都涵盖砷化镓,等到进入毫米波时代后,无论是SOI、锗硅还是砷化镓都可能拥有市场机会。

据了解,芯朴针对5G射频前端的解决方案从第一代到第二代不断升级。第一代 5G n77 解决方案集成一路发射和一路接收,第二代在第一代基础上,集成一路发射和两路接收,能够降低发射功率,实现世界上最小工作电流。顾建忠透露,5G n77/n79第二代解决方案预计在今年年底或明年成为2000元以下手机射频前端的主流方案。

世芯电子研发总监兼无锡设计中心总经理温德馨指出,除射频前端外, AI/GPU等系统级封装产品由于运算单元时钟频率高、功耗大、内部分布集中的特点,对于芯片、基板、系统,以及设计和验证的迭代需求越来越多,导致系统协同设计面临很大挑战。

从技术角度上看,在2.5D 封装技术推出后,电源分配网络(PDN)、高速传输的信号完整性(SI)和热管理都是当下挑战。封装的可靠性及可能出现的翘曲则成为新的挑战。温德馨指出,进行PDN分析时,会产生很大功耗,进而引起系统出现问题。至于解决功耗问题并对整个电源网络进行仿真验证,实际上仍存在一些难题。

另外在管理层面,企业缺乏知识面广、有经验的管理者。芯片制造过程涉及多学科领域,设计与封装又独立进行,因此行业需要共同合作克服技术上的问题。

厦门云天半导体总经理于大全在《射频模块的系统级封装技术进展》中指出,晶圆级封装技术的发展为5G设备集成提供了强有力的支持。TSV基于提升器件集成度,缩小模块尺寸,改善电气性能,减少损耗的优势,目前得到广泛应用。晶圆级扇入封装 (WLCSP)可用于SAW / BAW滤波器和IPD,射频模块,晶圆级扇出(Fan-out)可用于射频模块和5G毫米波芯片。

近年来,采用玻璃通孔(TGV)技术和嵌入式玻璃扇出(GFO)技术的玻璃晶圆级封装技术日趋成熟,可用于IPD、5G 毫米波、射频模块的3D集成。用玻璃作中介层 ,优点是电性能好,成本较低,热膨胀系数(CTE)便于调节增强可靠性。然而,玻璃的散热问题还有待解决,另外由于需要制作大量的通孔,工艺开发面临挑战。

于大全表示,未来的射频模块要根据产品的厚度、产品考量具体的封装工艺。针对5G应用的晶圆级SiP技术,还有很多开发工作要做。可以预见的是,采用TSV,Fan-out和TGV的先进晶圆级SiP将发挥重要作用。

随着新的封装形式和封装技术被提出,SiP等先进封装在设计、工艺、材料,仿真测试上将迎来新的挑战。这也将对协同设计,产业链合作提出新的要求。超越摩尔定律,化解挑战为机遇,需要行业共同努力。

重磅预告,九月秋季SiP China深圳站精彩继续!

2021年9月2-3日,秋季SiP China深圳站将与ELEXCON电子展在深圳国际会展中心(宝安)同期举办,活动规模更大,全球专家连线,现场特设『 SiP与先进封测 』展示专馆,从IC设计到终端制造,打造融合先进封测和智能制造的SiP全产业链嘉年华!届时将汇聚国内外行业龙头展示SiP封装设计与应用、SiP封装工艺、测试与设备;IC设计与制造、IC封装测试、EDA工具、半导体材料与工艺等技术新品及方案。

秋季SiP China深圳站部分拟邀演讲企业如下:安靠、长电科技、村田、日月光集团、通富微电、芯和半导体、汉高、贺利氏、铟泰公司、韦尔通、NI、歌尔微电子、紫光展锐、Zestron、ASM、BroadPak、CADENCE、OPPO、聯能科技、泰瑞达、litepoint等。

深圳站的目标观众是:来自消费电子、5G、AI、物联网、汽车电子等热门智能终端和领域的EMS/OEM/ODM厂家,以及半导体IC制造领域厂商,欢迎莅临参会。更多详情请登陆官网www.elexcon.com

责编: 乐川

小山

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