SiP封装在5G和IoT时代面临的挑战
- 发布日期：2024-08-08 06:33 点击次数：183
9月10日到11日，由博闻创意会展（深圳）有限公司主办的“第三届中国系统级封装大会”（SiP Conference China 2019）在深圳举行。在本次大会上，SiP封装产业链上的多家公司分享了面向5G、手机、loT和可穿戴设备等应用的SiP系统处理计划，并盘绕SiP测试、组装工艺与技术，带来先进的5G资料和基片处理计划，共同探寻SiP业务与技术趋向。
SiP开展趋向
从手机射频前端近几年的变化，能够看出，手机射频前端模块的集成度越来越高。可穿戴设备的集成度也越来越高。
近年来，SiP产品的市场需求正在迅猛增长，以前，SiP产品主要应用在相对较小的PCB设计和低功耗产品应用中，比方手机、数码相机和汽车电子等。
但如今，随着5G、AI和物联网部署的快速推进，SiP产品需求快速增长。比方如今的智能手机普通需求8~16个SiP产品，可穿戴产品将来会将一切功用都封装进一个SiP产品内。会上多位演讲嘉宾都提到5G手机将会需求更多的SiP产品。
智能手机中用到SiP产品的中央有音频放大器、电源管理、射频前端、触摸屏驱动器，以及WiFi和蓝牙等等。
图1：SiP产品在智能手机中的应用。
SiP供给链上的玩家主要分为垂直整合系统公司，比方苹果；定制化系统公司，比方vivo；小芯片计划供给商，比方高通；以及OSAT/EMS，比方Amkor、JCET、富士康等。
但系统集成度方式其实有三种：SoC、SiP和SoB。这三种方式也各有其优缺陷。
图2：系统集成的三种方式优缺陷比照。
SoC（System on Chip，系统级芯片）是将多种功用集成在同一芯片上。其优点显而易见，它具有最高的集成度，更好的性能、更低的功耗和传输本钱；缺陷是有很高的技术门槛，开发周期（TTM）会比拟长，普通需求50~60周，还有就是不够灵敏和受摩尔定律的影响。
SiP是将多种功用芯片，包括处置器、存储器等功用芯片集成在一个封装内，从而完成一个根本完好的功用。其主流封装方式是BGA。的优势是能够异构集成，开发周期24~29周。
SoB（System on Board）则是基于基板方式的封装。开发周期普通是12到15周。生命周期24~29周。
普通来说，对生命周期相对较长的产品来说，SoC将作为需求产品的中心；假如对产品开发周期请求高、生命周期短、面积小、灵敏性高的产品，则更倾向于运用SiP或者SoB。
比方vivo封装技术专家杨俊在系统级封装大会上就表示，目前vivo运用得更多的是SoB和SiP封装方式。
SiP面临的EDA应战
5G射频前端对SiP的需求特别大，但随着封装越来越紧凑，将来还可能需求将毫米波波段集成进去，因而SiP产品的电磁（EM）仿真变得越来越重要。也就是说SiP产品需求停止准确的3D EM仿真。
芯禾科技工程副总裁代文亮博士表示，目前没有单一的电磁场求解技术能够处理今天一切的应战。商业电磁场仿真工具也不断在创新中，目前能够提供电磁场仿真工具的企业有芯禾科技、NI、Mentor，以及Cadence等厂商。
图3：商业电磁场仿真工具市场一览。
芯禾科技能够提供的工具有IRIS、iModeler和Metis。
其中IRIS工具曾经能够支持主流的代工厂工艺，包括TSMC、UMC、SMIC、Globalfoundries，以及三星等。而且已经过了多个代工厂的工艺节点认证。
图4：芯禾科技电磁仿真工具应用案例。
Mentor也将其在芯片仿真范畴的优势带入了SiP范畴中来了，Mentor, a Siemens Business亚太区先进封装技术经理纪柏霖在演讲中表示，以前只做芯片封装时，基本不需求思索规划布线的问题，封装也不需求另外再做仿真，但SiP产品不一样， 芯片采购平台由于不用的芯片是集成在一个基板上的，必需要思索规划布线和仿真问题，还需求做SI/PI/EMI剖析、热应力剖析、LVS/DRC、牢靠性剖析（ESD），以及可制造性剖析等等。
他重点引见了Xpedition和Calibre 3DSTACK在SiP中的应用。
SiP面临的封装和测试应战
SiP产品中，假如集成多个射频芯片的话，其EMI问题可能会变得愈加难以处置。矽品精细研发中心处长蔡瀛州引见了矽品精细的处置办法，能够在封装前加一层EMI屏蔽罩。
图5：矽品精细研发中心处长蔡瀛州在引见矽品精细的EMI屏蔽罩处理计划。
他同时引见了不用应用场景所运用的SiP方式和开展趋向，比方云端AI和网络SiP产品常运用FCBGA、2.5D、3D和FO-MCM封装方式；边缘AI和设备常运用PoP和FC-ETS封装方式。
图6：AI新品的封装技术。
高性能计算封装趋向正在从开端的FCBGA和2.5D封装方式向3D封装转换。
图7：3D SiP技术的开展趋向。
而SiP的测试应战是显而易见的，由于系统复杂度和封装集成度都增加了，而产品上市时间却缩短了。那如何缓解SiP最后一步的测试压力呢？NI给出的处理计划是增加中间段测试。
SiP与SoC测试流程中都包含晶圆代工（Foundry）与委外封测代工(OSAT)，主要区别表现在OSAT段。在SiP测试的OSAT段测试中，基板（Substrate）、裸片（die）、封装等的测试会有不同的供给商来做，为了整个流程的质量控制，还会有不同的中间段测试。
图8：传统的SoC测试流程 vs SiP测试流程
通常来讲，SiP测试的办法主要有4种：
传统的ATE测试，难以扩展定制；
In House Design Solution即定制化测试；
将系统级测试软件与传统测试仪器相分离；
Open Architecture Platform即开放式架构平台，它既有ATE的功用，同时它又能够很容易地集成到原来的中间段测试里面。
最后一种开放式架构平台是NI亚太区业务拓展经理何为最为引荐的处理计划。
SiP面临的清洗设备应战
对芯片助焊剂脏污清洗不彻底会惹起很多问题，比方有机残留物惹起的结晶树枝状生长会惹起短路，形成器件电气性能失效；助焊剂残留会阻止环氧树脂填充，形成底部填充/塑封在芯片和基座之间产生空泛和分层，进而惹起电学失效以及后期温度冲击开裂；此外，Flux具有腐蚀性后期影响。
芯片清洗过程有四个根本要素，即温度、机械作用、化学作用和时间，这四个要素缺一不可，他们互相影响且互为补充。
图9：超越摩尔定律的多样性开展途径。
清洗过程中，对喷嘴的设计，流量和压力都有特定的请求。有时分单纯增加压力，并不一定可以清洗洁净，比方下图中，清洗液压力越大，溅射也越大，真正清洗的液体量可能不够，从而无法清洗洁净。而假如增大流量，降低压力，清洗效果可能会更好。
图10：清洗设备的喷嘴设计。
结语
随着SiP产品越来越多，参与的企业越来越多，其产业链也开端变得愈加完好。如今从晶圆制造、资料供给商、设备厂商、EDA工具厂商，在到测试丈量厂商，以及封装厂商都开端参与到了SiP产业链当中了。在摩尔定律放缓后，SiP的应用将会推进摩尔定律继续向前开展。 亿配芯城（WWW.YiBEiiC.COM)隶属于深圳市新嘉盛工贸有限公司，成立于2013年并上线服务，商城平台主要特点“线上快捷交易配单+线下实体供应交货”两全其美的垂直发展理念，是国内电子元器件专业的电子商务平台+实体店企业。未来发展及模式主要以（一站式配单，平台寄售/处理闲置库存达到资源共享双赢，电子工程师交流社区，硬件开发与支持等互动服务平台）在这个高效而发展迅猛的科技互联网时代为大家提供精准的大数据资源平台。
