5G和IoT时代下SiP的发展趋势及面临的挑战

时间： 2021-09-15 来源：矽池半导体

随着5G时代的到来，SiP系统解决方案更多地应用于手机、loT和可穿戴设备等产品中，并由此带来SiP测试、组装工艺与技术，先进的5G材料和基片解决方案的不断更新，本文矽池半导体探讨5G和IoT时代下SiP的发展趋势及面临的挑战。

SiP发展趋势

从手机射频前端近几年的变化，可以看出，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，比如手机、数码相机和汽车电子等。但现在，随着5G、AI和物联网部署的快速推进，SiP产品需求快速增长。比如现在的智能手机一般需要8~16个SiP产品，可穿戴产品未来会将所有功能都封装进一个SiP产品内。5G手机将会需要更多的SiP产品。智能手机中用到SiP产品的地方有音频放大器、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供应链上的玩家主要分为垂直整合系统公司，比如苹果；定制化系统公司，比如vivo；小芯片方案供应商，比如高通；以及OSAT/EMS，比如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点。

图2：系统集成的三种方式优缺点对比

SoC（System on Chip，系统级芯片）是将多种功能集成在同一芯片上。其优点显而易见，它具有最高的集成度，更好的性能、更低的功耗和传输成本；缺点是有很高的技术门槛，开发周期（TTM）会比较长，一般需要50~60周，还有就是不够灵活和受摩尔定律的影响。

SiP是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。其主流封装形式是BGA。它的优势是可以异构集成，开发周期24~29周。

SoB（System on Board）则是基于基板方式的封装。开发周期一般是12到15周。生命周期24~29周。

一般来说，对生命周期相对较长的产品来说，SoC将作为需要产品的核心；如果对产品开发周期要求高、生命周期短、面积小、灵活性高的产品，则更倾向于使用SiP或者SoB。

SiP面临的EDA挑战

5G射频前端对SiP的需求特别大，但随着封装越来越紧凑，未来还可能需要将毫米波波段集成进去，因此SiP产品的电磁（EM）仿真变得越来越重要。也就是说SiP产品需要进行精确的3D EM仿真。SiP产品因为不用的芯片是集成在一个基板上的，必须要考虑布局布线和仿真问题，还需要做SI/PI/EMI分析、热应力分析、LVS/DRC、可靠性分析（ESD），以及可制造性分析等等。

SiP面临的封装和测试挑战

SiP产品中，如果集成多个射频芯片的话，其EMI问题可能会变得更加难以处理。部分SiP方案商的处理方法是在封装前加一层EMI屏蔽罩。另外针对不同应用场景所使用的SiP的封装形式也会有所不同，比如云端AI和网络SiP产品常使用FCBGA、2.5D、3D和FO-MCM封装形式；边缘AI和设备常使用PoP和FC-ETS封装形式。高性能计算封装趋势正在从开始的FCBGA和2.5D封装形式向3D封装转换。

而SiP的测试挑战是显而易见的，因为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的测试压力呢？这需要封测厂具有较强的测试能力。SiP与SoC测试流程中都包含晶圆代工（Foundry）与委外封测代工(OSAT)，主要区别体现在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应商来做，为了整个流程的质量控制，还会有不同环节的测试。封测厂面临的挑战是针对各种不同类型的SiP产品，需要配备各种不同的复杂仪表以及测试机台和夹具，同时还要面临产能和吞吐率的问题。这无疑对SIP封测厂的测试系统集成能力提出了更高的要求。目前各大仪器和测试设备厂商也积极参与其中，提出了更加全面和高效的解决方案。

随着SiP产品越来越多，参与的企业越来越多，其产业链也开始变得更加完整。现在从晶圆制造、材料供应商、设备厂商、EDA工具厂商，在到测试测量厂商，以及封装厂商都开始参与到了SiP产业链当中了。在摩尔定律放缓后，SiP的应用将会推动摩尔定律继续向前发展。

【关于矽池】

矽池半导体技术是专业的SiP系统级封装方案开发平台，为半导体公司及终端产品客户提供从ASIC芯片设计、SiP封装设计仿真、SiP内部晶圆代采、SIP封装生产、SIP封装系统级测试、SIP封装可靠性与失效分析等一站式全面服务和专业解决方案。

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全部评论（13）

用户18396822 Lv8 2021-09-26

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用户47874305 Lv8. 研究员 2021-09-22

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独角兽 Lv9. 科学家 2021-09-22

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电气农民工 Lv7. 资深专家 2021-09-22

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otsuka Lv9. 科学家 2021-09-20

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terrydl Lv9. 科学家 2021-09-19

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红土地 Lv7. 资深专家 2021-09-18

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eachann Lv7. 资深专家 2021-09-18

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