9月10日到11日，由博聞創(chuàng)意會(huì)展（深圳）有限公司主辦的“第三屆中國(guó)系統(tǒng)級(jí)封裝大會(huì)”（SiP Conference China 2019）在深圳舉行。在本次大會(huì)上，SiP封裝產(chǎn)業(yè)鏈上的多家公司分享了面向5G、手機(jī)、loT和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用的SiP系統(tǒng)處理計(jì)劃，并盤(pán)繞SiP測(cè)試、組裝工藝與技術(shù)，帶來(lái)先進(jìn)的5G資料和基片處理計(jì)劃，共同探尋SiP業(yè)務(wù)與技術(shù)趨向。
SiP開(kāi)展趨向
從手機(jī)射頻前端近幾年的變化，能夠看出，手機(jī)射頻前端模塊的集成度越來(lái)越高?？纱┐髟O(shè)備的集成度也越來(lái)越高。
近年來(lái)，SiP產(chǎn)品的市場(chǎng)需求正在迅猛增長(zhǎng)，以前，SiP產(chǎn)品主要應(yīng)用在相對(duì)較小的PCB設(shè)計(jì)和低功耗產(chǎn)品應(yīng)用中，比方手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和汽車(chē)電子等。
但如今，隨著5G、AI和物聯(lián)網(wǎng)部署的快速推進(jìn)，SiP產(chǎn)品需求快速增長(zhǎng)。比方如今的智能手機(jī)普通需求8~16個(gè)SiP產(chǎn)品，可穿戴產(chǎn)品將來(lái)會(huì)將一切功用都封裝進(jìn)一個(gè)SiP產(chǎn)品內(nèi)。會(huì)上多位演講嘉賓都提到5G手機(jī)將會(huì)需求更多的SiP產(chǎn)品。
智能手機(jī)中用到SiP產(chǎn)品的中央有音頻放大器、電源管理、射頻前端、觸摸屏驅(qū)動(dòng)器，以及WiFi和藍(lán)牙等等。
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圖1：SiP產(chǎn)品在智能手機(jī)中的應(yīng)用。
SiP供給鏈上的玩家主要分為垂直整合系統(tǒng)公司，比方蘋(píng)果；定制化系統(tǒng)公司，比方vivo；小芯片計(jì)劃供給商，比方高通；以及OSAT/EMS，比方Amkor、JCET、富士康等。
但系統(tǒng)集成度方式其實(shí)有三種：SoC、SiP和SoB。這三種方式也各有其優(yōu)缺陷。
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圖2：系統(tǒng)集成的三種方式優(yōu)缺陷比照。
SoC（System on Chip，系統(tǒng)級(jí)芯片）是將多種功用集成在同一芯片上。其優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，它具有最高的集成度，更好的性能、更低的功耗和傳輸本錢(qián)；缺陷是有很高的技術(shù)門(mén)檻，開(kāi)發(fā)周期（TTM）會(huì)比擬長(zhǎng)，普通需求50~60周，還有就是不夠靈敏和受摩爾定律的影響。
SiP是將多種功用芯片，包括處置器、存儲(chǔ)器等功用芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而完成一個(gè)根本完好的功用。其主流封裝方式是BGA。的優(yōu)勢(shì)是能夠異構(gòu)集成，開(kāi)發(fā)周期24~29周。
SoB（System on Board）則是基于基板方式的封裝。開(kāi)發(fā)周期普通是12到15周。生命周期24~29周。
普通來(lái)說(shuō)，對(duì)生命周期相對(duì)較長(zhǎng)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，SoC將作為需求產(chǎn)品的中心；假如對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期請(qǐng)求高、生命周期短、面積小、靈敏性高的產(chǎn)品，則更傾向于運(yùn)用SiP或者SoB。
比方vivo封裝技術(shù)專家楊俊在系統(tǒng)級(jí)封裝大會(huì)上就表示，目前vivo運(yùn)用得更多的是SoB和SiP封裝方式。
SiP面臨的EDA應(yīng)戰(zhàn)
5G射頻前端對(duì)SiP的需求特別大，但隨著封裝越來(lái)越緊湊，將來(lái)還可能需求將毫米波波段集成進(jìn)去，因而SiP產(chǎn)品的電磁（EM）仿真變得越來(lái)越重要。也就是說(shuō)SiP產(chǎn)品需求停止準(zhǔn)確的3D EM仿真。
芯禾科技工程副總裁代文亮博士表示，目前沒(méi)有單一的電磁場(chǎng)求解技術(shù)能夠處理今天一切的應(yīng)戰(zhàn)。商業(yè)電磁場(chǎng)仿真工具也不斷在創(chuàng)新中，目前能夠提供電磁場(chǎng)仿真工具的企業(yè)有芯禾科技、NI、Mentor，以及Cadence等廠商。
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圖3：商業(yè)電磁場(chǎng)仿真工具市場(chǎng)一覽。
芯禾科技能夠提供的工具有IRIS、iModeler和Metis。
其中IRIS工具曾經(jīng)能夠支持主流的代工廠工藝，包括TSMC、UMC、SMIC、Globalfoundries，以及三星等。而且已經(jīng)過(guò)了多個(gè)代工廠的工藝節(jié)點(diǎn)認(rèn)證。
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圖4：芯禾科技電磁仿真工具應(yīng)用案例。
Mentor也將其在芯片仿真范疇的優(yōu)勢(shì)帶入了SiP范疇中來(lái)了，Mentor, a Siemens Business亞太區(qū)先進(jìn)封裝技術(shù)經(jīng)理紀(jì)柏霖在演講中表示，以前只做芯片封裝時(shí)，基本不需求思索規(guī)劃布線的問(wèn)題，封裝也不需求另外再做仿真，但SiP產(chǎn)品不一樣，由于不用的芯片是集成在一個(gè)基板上的，必需要思索規(guī)劃布線和仿真問(wèn)題，還需求做SI/PI/EMI剖析、熱應(yīng)力剖析、LVS/DRC、牢靠性剖析（ESD），以及可制造性剖析等等。
他重點(diǎn)引見(jiàn)了Xpedition和Calibre 3DSTACK在SiP中的應(yīng)用。
SiP面臨的封裝和測(cè)試應(yīng)戰(zhàn)
SiP產(chǎn)品中，假如集成多個(gè)射頻芯片的話，其EMI問(wèn)題可能會(huì)變得愈加難以處置。矽品精細(xì)研發(fā)中心處長(zhǎng)蔡瀛州引見(jiàn)了矽品精細(xì)的處置辦法，能夠在封裝前加一層EMI屏蔽罩。
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圖5：矽品精細(xì)研發(fā)中心處長(zhǎng)蔡瀛州在引見(jiàn)矽品精細(xì)的EMI屏蔽罩處理計(jì)劃。
他同時(shí)引見(jiàn)了不用應(yīng)用場(chǎng)景所運(yùn)用的SiP方式和開(kāi)展趨向，比方云端AI和網(wǎng)絡(luò)SiP產(chǎn)品常運(yùn)用FCBGA、2.5D、3D和FO-MCM封裝方式；邊緣AI和設(shè)備常運(yùn)用PoP和FC-ETS封裝方式。
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圖6：AI新品的封裝技術(shù)。
高性能計(jì)算封裝趨向正在從開(kāi)端的FCBGA和2.5D封裝方式向3D封裝轉(zhuǎn)換。
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圖7：3D SiP技術(shù)的開(kāi)展趨向。
而SiP的測(cè)試應(yīng)戰(zhàn)是顯而易見(jiàn)的，由于系統(tǒng)復(fù)雜度和封裝集成度都增加了，而產(chǎn)品上市時(shí)間卻縮短了。那如何緩解SiP最后一步的測(cè)試壓力呢？NI給出的處理計(jì)劃是增加中間段測(cè)試。
SiP與SoC測(cè)試流程中都包含晶圓代工（Foundry）與委外封測(cè)代工(OSAT)，主要區(qū)別表現(xiàn)在OSAT段。在SiP測(cè)試的OSAT段測(cè)試中，基板（Substrate）、裸片（die）、封裝等的測(cè)試會(huì)有不同的供給商來(lái)做，為了整個(gè)流程的質(zhì)量控制，還會(huì)有不同的中間段測(cè)試。
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圖8：傳統(tǒng)的SoC測(cè)試流程 vs SiP測(cè)試流程
通常來(lái)講，SiP測(cè)試的辦法主要有4種：
傳統(tǒng)的ATE測(cè)試，難以擴(kuò)展定制；
In House Design Solution即定制化測(cè)試；
將系統(tǒng)級(jí)測(cè)試軟件與傳統(tǒng)測(cè)試儀器相分離；
Open Architecture Platform即開(kāi)放式架構(gòu)平臺(tái)，它既有ATE的功用，同時(shí)它又能夠很容易地集成到原來(lái)的中間段測(cè)試?yán)锩妗?/div>
最后一種開(kāi)放式架構(gòu)平臺(tái)是NI亞太區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理何為最為引薦的處理計(jì)劃。
SiP面臨的清洗設(shè)備應(yīng)戰(zhàn)
對(duì)芯片助焊劑臟污清洗不徹底會(huì)惹起很多問(wèn)題，比方有機(jī)殘留物惹起的結(jié)晶樹(shù)枝狀生長(zhǎng)會(huì)惹起短路，形成器件電氣性能失效；助焊劑殘留會(huì)阻止環(huán)氧樹(shù)脂填充，形成底部填充/塑封在芯片和基座之間產(chǎn)生空泛和分層，進(jìn)而惹起電學(xué)失效以及后期溫度沖擊開(kāi)裂；此外，F(xiàn)lux具有腐蝕性后期影響。
芯片清洗過(guò)程有四個(gè)根本要素，即溫度、機(jī)械作用、化學(xué)作用和時(shí)間，這四個(gè)要素缺一不可，他們互相影響且互為補(bǔ)充。
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圖9：超越摩爾定律的多樣性開(kāi)展途徑。
清洗過(guò)程中，對(duì)噴嘴的設(shè)計(jì)，流量和壓力都有特定的請(qǐng)求。有時(shí)分單純?cè)黾訅毫?，并不一定可以清洗潔凈，比方下圖中，清洗液壓力越大，濺射也越大，真正清洗的液體量可能不夠，從而無(wú)法清洗潔凈。而假如增大流量，降低壓力，清洗效果可能會(huì)更好。
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圖10：清洗設(shè)備的噴嘴設(shè)計(jì)。
結(jié)語(yǔ)
隨著SiP產(chǎn)品越來(lái)越多，參與的企業(yè)越來(lái)越多，其產(chǎn)業(yè)鏈也開(kāi)端變得愈加完好。如今從晶圓制造、資料供給商、設(shè)備廠商、EDA工具廠商，在到測(cè)試丈量廠商，以及封裝廠商都開(kāi)端參與到了SiP產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中了。在摩爾定律放緩后，SiP的應(yīng)用將會(huì)推進(jìn)摩爾定律繼續(xù)向前開(kāi)展。
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