SiP的误区盘点

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1. 关于什么是系统级封装（SiP），业界有一致的看法。
! ]" {* W0 q. s: y" E8 }实际上是五花八门。SiP的定义差异如此之大，以至于TechSearch International近期的SiP报告（1），第一章罗列出了来自一系列SiP供应商和用户超过20多个的SiP定义。为了给报告和预测确定依据，第一章对SIP提供以下定义：
( i3 q+ U) Y6 U  j. h2 s" W# I“系统级封装(System-in-Package)是一个集成在标准封装内的功能系统或子系统，例如LGA, FBGA, QFN, 或 FO- WLP。它包含两个或多个不同的芯片，通常与其他组件组合，如无源器件、滤波器、MEMS、传感器和天线。这些组件一起被安装在基板上用于创建定制化，高度集成化的产品，去达到设定的应用。SiPs可以使用先进的封装组合，包括裸芯片（丝焊或倒装芯片）、晶圆级封装、预先封装的集成电路（如CSPs）、堆叠封装、堆叠芯片，或这些的任意组合。”
0 i; m0 J+ k4 X此定义认为多芯片封装（MCP）和多芯片模块（MCM）不是SiP，但不同的供应商认为这可以是SiP。这对分析和预测SiP市场增加了挑战。许多MCPs诸如堆叠芯片封装（CSP）之类的器件组合，这种封装产品会将闪存和RAM通过多个芯片堆叠一起，以达到提供更大的存储容量，或者使用MCM或模块，其中的解决方案是自定义装配格式，而不是像细间距球栅阵列（FBGA）那样的标准封装平台。
% ^& O" I+ _; F8 G' @2. SiP与SoC竞争
  O& I) A5 }% a% s5 F# m* c它们是互相补充完善，而非竞争。片上系统（SoC）长期以来一直是一种非常有效的策略，可以将已建立的IP块集成到大容量应用程序中，以承担与SoC (2)有关的大量CMOS设计及掩模费用（可能超过$3亿元）。然而，今天的系统和半导体设计师，正在寻找像SiP这样的异构集成解决方案：
Ø 上市时间更快。
2 ?9 u# Y' L/ i9 Z* L' X0 X4 mØ 设计、NRE和开发成本更低（很少超过$10万元）。
! o6 d% [- ~% k5 c  b/ TØ 可以集成半导体器件（有源和无源），但在CMOS中无法很好扩展。

3. SiP 需要 KGD
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/ R; I* K: z: G1 c2 f2 xKGD不是必须的，但可能是必要的。许多SiP产品都是使用与单芯片封装产品相同的晶圆探针测试的芯片组装的。对于需要昂贵的基板或元件材料清单（BOM）的复杂SiP，使用已知的好芯片（KGD）可能是正确的保证质量和可靠性的策略。SiP产品的大规模组装量产所需芯片是以晶圆形式提供的，因此定义最佳探针测试流程（可能包括熔接或电压筛选）对于开发KGD策略和供应链（3）至关重要。

- H. G4 ]/ W8 P! a0 `4. 异构集成（HI） 将取代 SiP
: i2 h, y8 D  N. R& _! n( i4 L! hHI应当被视为超越摩尔定律的半导体技术路线图的宏观图景。而SiP是将各种半导体器件集成在一个给定的封装平台。国际半导体技术发展路线图（ITRS）正在从关注于半导体制造规模的路线图，过渡到概述异构集成技术的挑战和要求的路线图(4)。
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5. SiP需要PCB层压基板
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3 j& F, J' J9 a* V' @- `* k+ f2 M由于电源管理应用对无源集成（主要是电容器和电感器）的强劲需求，基于引线框架的SiPs正在强劲增长。Prismark Partners预测，到2020年，将有超过50亿个基于引线框架的电源模块交付使用(5)。引线框架提供低成本和高导热，使其成为低I/O、高功率要求的强大的SiP平台。在触点阵列（LGA）和球栅阵列（BGA）配置中，基于层压板的SiP主要以片状形式组装，为最广泛的SiP应用提供服务。由于层压制造技术的广泛应用，层压板支持更高密度的互连要求，具有广泛的设计灵活性。焊线、倒装芯片（FC）、堆叠芯片、嵌入式芯片或无源器件以及高密度SMT都可以通过层压板基板轻松实现。

新兴的高布线密度应用正在缩小导体线，使线距低于12微米，未来产品规划低于5微米。这推动了新的SiP平台的采用和开发，例如FanOut晶圆或面板级CSP，或者使用具有高纵横比通孔的硅或玻璃基转接板。

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6. SiP是平面2D组件
! k$ k, B7 F, [5 i. T7 [, p0 s随着芯片堆叠、封装产品内嵌产品、封装（POP）堆叠技术和嵌入式芯片技术的发展，3D封装体系结构在尺寸和性能上都优于2D平面组件。3D SiP 解决方案可以提供以下性能优势：
$ ?! C1 M$ r( EØ 3D SiP不仅可以减少印刷电路板组件（PCBA）的封装占用空间，还可以通过3D集成技术提高半导体容量与封装比。增加的半导体容量包括有源和无源器件的3D集成。
Ø 减少封装占用空间可以改善封装翘曲控制、改进相关PCBA组件、以及提高二级焊点可靠性。
3 q4 }# a: Q& k2 k2 RØ 可以通过短垂直互连减少电路延迟，提供更好的电气性能。
5 ~* a1 [, J7 F2 k. O& \Ø 能够在半导体器件之间实现EMI / RFI屏蔽隔离，以满足RF和数字集成的要求。
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7. SiP体系结构、处理技术和材料比供应链业务模式更加重要。
1 V1 [6 T3 v. m供应链业务模式决定了SiP在市场中的成败。一个SiP解决方案的电子材料清单（eBOM）可能包含100个组件，但是如果有一个组件由于交付或质量问题不可用，那么SiP制造就会停止。
( q2 Q: X( c& z6 Q1 h# H3 ZSiP解决方案需要先进的微电子封装组装和测试能力。在过去的50年里，半导体和电子行业外包制造服务的强劲发展趋势，委外封测代工厂（OSAT）在开发和扩大先进封装技术方面一直处于领先地位。当前委外封测代工从产品封装测试的合约供应商到半导体客户的这种商业合作模式只是仅靠提供硅片。因此，OSAT供应链必需关注设备、电路载体（引线框架、基板等）和材料要求。在过去的15年里，智能手机应用推动了SiP的增长，这要求OSAT供应链开发电子元件的供应资源。然而，OSATs采购的电子组件比例很小（估计约1%），因此，在我们目前所处的电子组件业务环境受限的情况下（不断上涨的组件价格和交付时间）要求一个完整的总包业务模式，可能会对SiPs的成本和上市时间产生负面影响。因此，SiP客户应该与OSAT供应商合作，确定最佳业务模式。

/ o) H1 y4 B5 tØ 客供模式 - SiP客户采购和提供给电子元器件给OSAT，由OSAT负责管理。
Ø 价格传递（PTP）模式 - SiP客户对关键元器件与元件供应商有合同协议，并与OSAT制定供应条款，将与元器件供应商商议后的价格传递给OSAT去购买元器件。
- H: z' N' `1 y) T. x% i' so 常见于定制组件或是客户认证过的元件供应资源有限。
Ø 总包模式 - SiP客户要求OSAT供应商采购并管理所有电子元件的物料。
7 X3 {- s* h" ~* D0 b) NØ 组合业务模式 -某些主要元件可能按客供或是按价格传递方式，或一些标准元件由OSAT采购。

8. 半导体行业没有新的商业模式
过去三年内，随着半导体行业并购的数量和金额创下新高(6)，行业分析师和行业主编开始着重关注市场整合的趋势与影响。由于进场成本高，半导体行业发展速度放缓且竞争激烈，行业分析师认为半导体行业几乎不会再有新的市场参与者或业务模式。分析师们推测以下商业模式将会继续主导未来的半导体行业
Ø IDM（国际整合元件制造商）- 拥有并保持半导体制造工厂。
Ø 无工厂器件供应商 - 专注于设计和IP，并依靠合同制造商来生产、组装并测试他们的产品。
Ø 晶圆代工厂 - 向IDM和无工厂供应商提供半导体生产服务
然而，SiP技术正在促使一种新的半导体商业模式出现。在这种商业模式中，由一家电子系统集成供应商，依靠先进的基板和微电子组装技术，通过集成各种半导体元器件去设计系统或子系统解决方案，然后用SiP封装形式去实现。Octavo Systems就是这种新型商业模型的一个例子（7）。图1展示了采用 21 x 21mm 256 BGA SiP的解决方案交付的Octavo OSD335x-SM产品（集成Bare Die和封装好的IC）。
Octavo Systems的网站是一个很好的信息来源，可以了解将SiP作为系统集成平台的发展趋势和解决方案，以此了解系统集成解决方案供应商这种新型商业模式的潜力，并探索可用于物联网（IoT）应用的产品创新与新服务。新的物联网应用正在各种行业涌现，包括银行业、制造业、零售业、医疗保健、运输业、公用事业和政府部门。预计到2020年，基于物联网的产品和服务收入将接近2700亿元（8）。
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图1：Octavo系统OSD335x-SM 基于BGA SiP的产品


" P$ @, R9 ]4 c6 \DDR3L Memory
( l6 v) ~9 X: D, o1 C9 c3 H& I3 ZDDR3L 内存条
21mm x  21mm Standard IC Package
+ w' n. ?* G4 @0 P" |/ i! V21毫米 x 21毫米 标准IC封装
; m1 ~9 T$ A! m" P' Y% A: a256 Ball BGA 1.27mm Pitch
% k# I; Y' z, H; H. B) O256 球栅阵列 1.27毫米间距
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5 H7 }0 s  {" x7 L. C- K1 g% g9. SiP 仅用于小型化
9 f, P  t7 c1 Q6 l( \8 h, d小型化是SiP的一个关键优势，但是性能和系统优化对于当今更高级别的集成来说同样重要。许多OEM系统供应商增加聘请了具有丰富微电子封装经验的工程师，以帮助他们有更好的定义系统结构和新的供应链，从而扩大对SiP 和模块解决方案的使用。这些OEM系统供应商能得到来自电气、热力和机械设计/仿真团队的支持，这些团队掌握了优化系统性能或可靠性所需的工具。半导体和OSAT供应商也扩大了他们的工程和设计/仿真团队，以应用更广泛的、先进的封装技术来开发新的SiP 解决方案。晶圆代工厂和电子制造服务（EMS）供应商也提高了技术和产能，提供如SiP 或模块的高度集成的解决方案。SiP 的使用正迅速扩展到如物联网连接的低性能产品应用，和诸如5G网站的高性能系统应用。
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; _+ I9 Y7 O/ [/ E10. SiP 受限于单一供应来源
" B& H$ r2 b% z/ \7 e这是不正确的。多源采购是大批量生产的常见要求。许多的委外封测代工厂（OSAT）具有先进的封装组装能力，并提供广泛的SiP封测服务。如果为了满足大批量生产或保证供应需要多源采购，建议制定供应链战略来应对：
- x. Q5 {" ~' Y* b0 DØ 复制完全相同或等同的要求。复制等同的要求可以使得供应商使用其验证过的材料，并为无源组件提供替代的供应商资源。
Ø 认证多个供应商资源。
* O. j, k# B: E3 jØ 市场份额协议给到一定的生产量，和维持有能力的供应商资源。
Ø 公开分享设计或制造成本和质量改进。
Ø 到期产品管理。
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11. SiP仅在用于性能较低的产品应用时经济实惠
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SiP解决方案适用于一系列广泛的产品应用。计算机、游戏机、通信和网络等产品应用需要高性能的解决方案，需要复杂的电气、导热和机械要求的同时保证产品寿命。SiP解决方案不仅限于低性能要求，随着3D SiP体系结构的出现，可以通过增加带宽、降低功耗、增加功能和集成混合半导体工艺节点来实现小型化和半导体集成，从而提高系统性能；产品体积更小，并加快了上市时间。

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KGD不是必须的，但可能是必要的。许多SiP产品都是使用与单芯片封装产品相同的晶圆探针测试的芯片组装的。对于需要昂贵的基板或元件材料清单（BOM）的复杂SiP，使用已知的好芯片（KGD）可能是正确的保证质量和可靠性的策略。SiP产品的大规模组装量产所需芯片是以晶圆形式提供的，因此定义最佳探针测试流程（可能包括熔接或电压筛选）对于开发KGD策略和供应链（3）至关重要。

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此定义认为多芯片封装（MCP）和多芯片模块（MCM）不是SiP，但不同的供应商认为这可以是SiP。这对分析和预测SiP市场增加了挑战。许多MCPs诸如堆叠芯片封装（CSP）之类的器件组合，这种封装产品会将闪存和RAM通过多个芯片堆叠一起，以达到提供更大的存储容量，或者使用MCM或模块，其中的解决方案是自定义装配格式，而不是像细间距球栅阵列（FBGA）那样的标准封装平台。'

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新兴的高布线密度应用正在缩小导体线，使线距低于12微米，未来产品规划低于5微米。这推动了新的SiP平台的采用和开发，例如FanOut晶圆或面板级CSP，或者使用具有高纵横比通孔的硅或玻璃基转接板。