在5G手機(jī)的新品發(fā)布會(huì)上，SoC芯片絕對(duì)是最值得被率先拿出來(lái)大書特書的“核心競(jìng)爭(zhēng)力”。
我們知道，SoC（高度集成）相比傳統(tǒng)的外掛解決方案，在功耗和性能上更能夠滿足市場(chǎng)的需求。
但SoC的發(fā)揮，往往依賴著EUV極紫外光刻這樣超精度的“刻刀”，在方寸毫厘之間雕琢出高性能芯片，來(lái)為摩爾定律“續(xù)一秒”。
有沒(méi)有一種超越摩爾定律的方式，可以將所有的功能芯片完好無(wú)損、相互融洽地包裹在一起？SiP就此登場(chǎng)，“一步封神”，成為超越摩爾定律的重要實(shí)現(xiàn)路徑。
技術(shù)自身的迭代是水到渠成，同時(shí)也會(huì)沖刷出新的河道。AI的規(guī)?；瘧?yīng)用帶動(dòng)了GPU廠商英偉達(dá)前所未有的業(yè)績(jī)騰飛，那么5G廣闊的市場(chǎng)前景，又會(huì)給封裝產(chǎn)業(yè)帶來(lái)哪些“地殼運(yùn)動(dòng)”呢？
More than Moore：SiP為5G芯片帶來(lái)了什么？
不妨從手機(jī)發(fā)布會(huì)的PPT文案上來(lái)反向思考一下，SiP到底為5G芯片封裝了哪些能力？
首先，與SoC相同的是，SiP(異構(gòu)集成封裝，System in Package)也是為了在芯片層面上實(shí)現(xiàn)小型化和微型化系統(tǒng)的產(chǎn)物。其架構(gòu)中一般都會(huì)包含邏輯組件、內(nèi)存組件等。
而與SoC不同的是，SiP是從封裝的角度出發(fā)，以并排或疊加的封裝方式，將多種功能芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。
不同技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，在用戶端會(huì)呈現(xiàn)出怎樣的體驗(yàn)差異呢？
一方面，有可能進(jìn)一步降低5G芯片的門檻。高度集成化的SoC，離不開EUV光刻機(jī)等設(shè)備和技術(shù)的支持，生產(chǎn)良率也難以保障，這也導(dǎo)致5G SoC芯片以及相關(guān)智能手機(jī)產(chǎn)品的價(jià)格居高不下。而SiP的開發(fā)成本與開發(fā)周期都相對(duì)更少，良率上也更有保障，這也使其開始受到半導(dǎo)體行業(yè)的重視。
此外，極致小型化的趨勢(shì)，讓芯片行業(yè)開始從7nm制程向5nm、3nm等發(fā)起挑戰(zhàn)，而受限于PCB主板的限制，生產(chǎn)難度也越來(lái)越高，光靠縮小晶體管的尺寸來(lái)完成技術(shù)和成本上的迭代不可持續(xù)，這也為SoC芯片設(shè)下了可見的性能瓶頸。在可預(yù)見的未來(lái)，如何在減少封裝體積的前提下保持性能，能夠提高封裝效率的SiP自然而然就上位了。比如有業(yè)內(nèi)人士稱，如果將毫米波頻段和Sub-6GHz頻段都集成在5G芯片上，那么80%的芯片都會(huì)采用SiP封裝。
值得一提的是，5G的到來(lái)也打開了海量物聯(lián)、萬(wàn)物智能的AIoT爆發(fā)窗口期，數(shù)以億計(jì)的邊緣終端如何輸送智慧能力，全都搞上SoC芯片顯然不太現(xiàn)實(shí)，而且還有許多終端傳感器是需要光感、微機(jī)電MEMS等來(lái)發(fā)揮作用的，傳統(tǒng)的芯片封裝也無(wú)法支持。而SiP工藝則不受芯片種類的局限，不僅可以集成處理器系統(tǒng)，其他通信傳感器也可以被封裝在一起，提供高性價(jià)比、多元化的智連解決方案。
SoC依舊霸榜，SiP山高水遠(yuǎn)
不僅產(chǎn)業(yè)界感受到了SiP的威力，資本市場(chǎng)也聞弦歌而知雅意，開始看好SiP封裝的市場(chǎng)空間。ASE和西部證券研發(fā)中心預(yù)測(cè)，到2020年SiP的市場(chǎng)空間將達(dá)到166.9億美元，營(yíng)收增速提升到50%左右。
但具體到現(xiàn)實(shí)層面，為什么SoC芯片才是手機(jī)廠商們的朱砂痣、白月光呢？
除了SoC本身能夠滿足當(dāng)下手機(jī)性能的需求之外，SiP封裝技術(shù)自身的瓶頸起到了絕大部分的作用。
第一，SiP在5G手機(jī)上的應(yīng)用被看好，這就意味著需要兼容的射頻器件數(shù)量大幅度提升，比如要同時(shí)將sub-6GHz與毫米波天線模組兼容進(jìn)去，自然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)連接變得更加復(fù)雜。而且各個(gè)功能芯片、被動(dòng)元件、基板乃至注塑材料之間，還會(huì)產(chǎn)生不同程度的干擾。因此，要在如此高集成的情況下，保障信號(hào)的完整性，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的封裝級(jí)天線(Antenna-in-Package，AiP)就有些力不從心了，需要為SiP研發(fā)定制化的天線模組，是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
第二，多器件之間的高密度排隊(duì)，芯片的堆疊與走線的復(fù)雜，自然會(huì)帶來(lái)多元的制造問(wèn)題。比如當(dāng)前Sub-6GHz頻段的5G，就要求所有材料如基板、塑封原材料、芯片與基板的連接材料等，都必須具備低損耗特性。清稀溶液、助焊劑等材料的配套研發(fā)也需要時(shí)間去發(fā)展。
第三，低成本完成高要求，不吃草的SiP還在等待技術(shù)的性能馬達(dá)。相比SoC成本更加低廉，原本是SiP的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也變成了它的“緊箍咒”。因?yàn)閺S商和消費(fèi)者對(duì)5G手機(jī)的要求是越來(lái)越高的，“更薄、更強(qiáng)、更便宜”，這個(gè)聽起來(lái)不可能完成的命題，SiP想要交出答卷，封裝廠商必須不斷探索技術(shù)創(chuàng)新，比如采用有機(jī)基板PoP封裝(HBPoP)，或是在基板的兩面放置芯片等方式。
重重難題，讓SiP技術(shù)常年來(lái)“空山不見人，但聞人語(yǔ)響”。不過(guò)，5G“新基建”的號(hào)角也讓SiP有了沖鋒的動(dòng)力。最為直觀的變化就是，封裝產(chǎn)業(yè)的“地殼運(yùn)動(dòng)”已經(jīng)開始悄然發(fā)生。
封裝產(chǎn)業(yè)位移：5G時(shí)代的“冰山一角”
SiP的興起，到底會(huì)給封裝產(chǎn)業(yè)帶來(lái)哪些變局？
首先我們要明確的是，封測(cè)，是半導(dǎo)體行業(yè)中，中國(guó)與全球差距最小的一環(huán)。過(guò)去10年，中國(guó)封測(cè)領(lǐng)域占據(jù)集成電路超過(guò)40%的市場(chǎng)，2018年全球封測(cè)營(yíng)收排名前10的企業(yè)，A股公司占據(jù)3席。
再加上中國(guó)在5G上的快速躍進(jìn)，也會(huì)給中國(guó)封裝廠商帶來(lái)不小的機(jī)遇。
當(dāng)然，產(chǎn)業(yè)不是打“感情牌”，具體到SiP技術(shù)落地上，一方面，傳統(tǒng)的“短板”變成了起跑線。我們知道，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的短板之一就是EDA工具，這也一度成為在上游設(shè)計(jì)上的能力瓶頸。但具體到SiP上，需要在EDA方面不斷提高質(zhì)量，并在制造端充分探索新工藝，才能完成整體的應(yīng)用蛻變。
另一方面，SiP的異質(zhì)整合，也要求廠商主動(dòng)展開合作，從各個(gè)IP供應(yīng)商那里獲得適當(dāng)?shù)腃hiplet并加以組合，這種多方面協(xié)作也讓中國(guó)廠商得以擺脫單一供應(yīng)鏈的限制，發(fā)展更多的合作伙伴來(lái)共同破局。
與此同時(shí)，中國(guó)市場(chǎng)的“長(zhǎng)板”也在拉高國(guó)內(nèi)封裝廠商的競(jìng)爭(zhēng)水位。
優(yōu)勢(shì)之一，來(lái)自5G智能手機(jī)潮的良性預(yù)期。
手機(jī)廠商一度是SiP技術(shù)最大的“買單者”。比如著名的封測(cè)大廠日月光，在SiP領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，就來(lái)自于手機(jī)大廠蘋果的訂單；全球主要全球第二大封測(cè)廠安靠，其財(cái)報(bào)也顯示，中國(guó)中高端智能手機(jī)對(duì)WLCSP和SiP的需求是公司增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Α?/p>
中國(guó)手機(jī)廠商在5G產(chǎn)品研發(fā)上的快速布局，5G的基礎(chǔ)建設(shè)與消費(fèi)市場(chǎng)培育，與封裝廠商的地緣親近和供應(yīng)鏈協(xié)同效應(yīng)，未來(lái)將有希望發(fā)揮更大的作用，令國(guó)內(nèi)封裝產(chǎn)業(yè)“水漲船高”。
優(yōu)勢(shì)之二，則是中國(guó)數(shù)字化、智能化產(chǎn)業(yè)浪潮的整體托舉。
除了智能手機(jī)，海量物聯(lián)是支撐半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的新引擎，對(duì)芯片功耗要求更低，也是支撐SiP的重要應(yīng)用場(chǎng)景。以汽車電子為例，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）舉例，就由微處理器（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，目前主要采用SiP的方式將芯片整合在一起。
目前，智能車載系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛等都在中國(guó)政策、產(chǎn)業(yè)資金、地方園區(qū)的扶持下快速躍遷，成為SiP封裝的“試驗(yàn)田”。疊加上智能家居、智慧工廠、醫(yī)療器械、智能零售、虛擬現(xiàn)實(shí)等各行各業(yè)中的應(yīng)用前景，中國(guó)產(chǎn)業(yè)規(guī)模下所埋藏的“富礦”，自然也會(huì)催生SIP技術(shù)在國(guó)內(nèi)的快速起飛。比如中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的首家上市公司江蘇長(zhǎng)電，就通過(guò)收購(gòu)了新加坡星科金朋，積累并不斷開發(fā)了一系列SiP封裝方面的技術(shù)。
作為“超越摩爾”的特制化技術(shù)，SiP技術(shù)將在5G這座巨大的“冰山”下，悄然推動(dòng)封裝產(chǎn)業(yè)的板塊運(yùn)動(dòng)。時(shí)來(lái)易失，赴機(jī)在速，正是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的行業(yè)奧義。
