一文讀懂SIP與SOC封裝技術(shù)

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨，全球終端電子產(chǎn)品漸漸走向多功能整合及低功耗設(shè)計(jì)，因而使得可將多顆裸晶整合在單一封裝中的SiP技術(shù)日益受到關(guān)注。除了既有的封測(cè)大廠積極擴(kuò)大SiP制造產(chǎn)能外，晶圓代工業(yè)者與IC基板廠也競(jìng)相投入此一技術(shù)，以滿足市場(chǎng)需求。

　　早前，蘋果發(fā)布了最新的apple watch手表，里面用到SIP封裝芯片，從尺寸和性能上為新手表增色不少。而芯片發(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升(摩爾定律)，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市場(chǎng)的需求(超越摩爾定律)。

　　根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體路線組織(ITRS)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(wú)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)。

　　SIP定義

　　從架構(gòu)上來(lái)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。

　　SOC定義

　　將原本不同功能的 IC，整合在一顆芯片中。藉由這個(gè)方法，不單可以縮小體積，還可以縮小不同 IC 間的距離，提升芯片的計(jì)算速度。SOC稱為系統(tǒng)級(jí)芯片，也有稱片上系統(tǒng)，意指它是一個(gè)產(chǎn)品，是一個(gè)有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容。同時(shí)它又是一種技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開(kāi)始，到軟/硬件劃分，并完成設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。

　　SOC與SIP對(duì)比

　　自集成電路器件的封裝從單個(gè)組件的開(kāi)發(fā)，進(jìn)入到多個(gè)組件的集成后，隨著產(chǎn)品效能的提升以及對(duì)輕薄和低耗需求的帶動(dòng)下，邁向封裝整合的新階段。在此發(fā)展方向的引導(dǎo)下，形成了電子產(chǎn)業(yè)上相關(guān)的兩大新主流：系統(tǒng)單芯片SOC(System on Chip)與系統(tǒng)化封裝SIP(System in a Package)。

　　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(wú)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。

　　過(guò)去的主流封裝系統(tǒng)

　　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(wú)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(lái)作為承載芯片連接之間的載體，可以解決因?yàn)?PCB 自身的先天不足帶來(lái)系統(tǒng)性能遇到瓶頸的問(wèn)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(lái)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(guò)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。

　　SIP架構(gòu)是超越摩爾定律下的重要實(shí)現(xiàn)路徑

　　現(xiàn)在的主流封裝系統(tǒng)

　　SIP 不僅簡(jiǎn)單將芯片集成在一起。 SIP 還具有開(kāi)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)。SIP 是超越摩爾定律下的重要實(shí)現(xiàn)路徑。

　　SOC與SIP技術(shù)趨勢(shì)

　　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(shuō) SIP=SOC+DDR，隨著將來(lái)集成度越來(lái)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(lái)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(lái)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(lái) SOC生產(chǎn)成本越來(lái)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(lái)越被業(yè)界重視。

　　半導(dǎo)體產(chǎn)品封裝的主要占比

　　針對(duì)這兩條路徑，分別誕生了兩種產(chǎn)品： SOC 與 SIP。 SOC 是摩爾定律繼續(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。

　　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More than Moore 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(wú)源器件、電源管理器件等，大約占到了剩下的那 50%市場(chǎng)。