先进的包装逐渐升温

半导体行业推动持续的小型化和复杂度的增加推动更广泛的采用system-in-package (SiP)技术。

一个大的好处SiP是它允许更多的功能被压缩成更小的形式因素,如可穿戴设备和医疗植入物。所以在单个芯片在这个包中可能有更少的功能集成在一个死,整个包包含更多的功能在一个较小的足迹。实际上,这是一个完整的电子系统在一个包中,ICs排列在一个平面瓷砖或垂直堆叠,或两者的结合。

最重要的是,SiP技术是一个扩展的技术已经存在好多年了。它是建立在现有的包装技术,如倒装芯片、晶片碰撞,钢丝粘合,扇出wafer-level包装。

多芯片模块(MCM)是system-in-package的祖先。反水雷舰最初开发用于数据存储,如磁泡存储器在1960年代和1970年代,和特定的军事/航空航天电子产品。它们在今天仍在使用某些产品,如任天堂的Wii U游戏机。但这包装方案的采用摩尔定律一直受到持续的进步,这使得它更便宜,更容易把一切都在一个芯片上。

图1:TI的泡沫存储器模块。来源:Chipsetc.com

在16/14nm,一切都改变了,当设备扩展变得更加困难。和难度的继续增加在每一个新节点之后因为各种各样的原因。在5 nm,例如,预计将推出全新的晶体管结构,和新材料,如钴或钌考虑替代铜互联。此外,动态功率密度和自热已经成为问题即使在16/14nm,他们将需要更多的关注和先进的电源管理电路在10纳米。在设计方面,路由拥塞一直是一个日益增长的问题,加剧了RC延迟,电迁移、热等物理效应,静电放电和电磁干扰。

先进的包装提供了一些解决这些问题的办法。首先,它提供了一种最小化物理效应,利用物理分离。这样一个敏感的模拟块数字噪声或热的影响,例如,可以更容易地缓冲使用一个单独的芯片。第二,它使IP重用更简单,因为整个芯片,或者chiplets,可以重用一个包。第三,它可以提高性能和更低的功率增加的直径之间的连接芯片和缩短信号必须旅行的距离,进而要求降低所需的功率驱动这些信号。

“SiP在起步阶段就实现而言,“阴Chang说,销售及业务开发的副总裁日月光半导体集团。“我们仍然学习所有的SiP的可能性。这是真的SiP的开始。”

但先进的包装肯定已经超出了基础研究阶段涉及的各种包装方法的可行性和可靠性。现在的挑战是实现同样的规模经济摩尔定律提供了将所有在一个死。半导体行业一直推出源源不断的选择和技术帮助过渡发展。

常说:“技术进步是双重的。“一个是2.5 d各种类型的,高密度硅可以连接使用硅插入器。允许最大的集成,它占用空间小导致性能改进。其次,组建各种类型的函数在过去会导致芯片的冲突或相互干扰。动态屏蔽的能力之间的矛盾的硅的表演,并将这些变成一个非常小的外形,使其用于应用程序需求的形状在衣物或物联网应用需求。”

图2:SiP景观。来源:日月光半导体

其他人正在改进这一过程,。

”的技术进步都是关于异构集成多个模具,以及,这是另一个关键武器被动者的有效混合和匹配在最小的形式因素,“Urmi雷说,高级主管新科金朋。“这是发生了什么事在过去的几年里出现了这些模式的关键领域的优化的被动者和活性物在一个很小的形式因素。此外,我们已经看到在装配方面非常有效的处理,选择和地点,小的,很薄的死,和两个相对较大的设备。薄的死变得越来越明显,显然,形式因素减少。”

图3:一个现代SiP。来源:新科金朋

总裁兼首席执行官约翰•Eloy Yole开发署、也有类似的观察。他指出,苹果A10处理器的设计,制造和组装的台积电,使得被动者搬回芯片设计,而不是被视为离散在PCB组件。“综合被动设备在移动应用程序,由于台积电和苹果A10,”他说。

SiP是什么?
Nozad卡里姆,公司技术副总裁SiP /系统集成,拉开了上个月的就职系统包(SiP)科技会展Rohnert公园,加利福尼亚州(由国际微电子组装和包装协会)与这个问题。

“有很多定义,”他说。“这是一个系统。这是一个包。”

Jan Vardaman TechSearch国际,增加了更多的上下文。“这个行业需要清楚如何定义SiP,”她说,解释,SiP涉及“两个或两个以上的不同的死亡,”和“形成一个功能块。”

“SiP并不意味着一个单一类型的包,“Vardaman补充道。”扇出wafer-level包装可以喝。不过,”她指出,台湾积体电路制造股份有限公司的信息package-on-package技术并不适合一个SiP的定义。

Vardaman估计149亿SiP包被在2016年推出。移动设备、衣物和其他消费品占82%的SiP实现,Vardaman说。市场预计13.7%的复合年增长率从2016年到2020年。

iPhone 7和7 +智能手机都有大约15口,和苹果的手表系列2模型包含三个口,Vardaman表示,三星Galaxy S8手机有13个SiP包。

作为另一个参考点,Yole发展预测在矽通过在插入器以及其他先进的包装,将包括450万年晶圆开始2022年(12英寸晶圆等价物)。

图4:先进包装增长预测。来源:Yole开发署

市场
最初的实现SiP已经在高端网络空间,吞吐量是至关重要的,价格不是一个重要因素,和一些消费电子和移动市场,可以平摊在初始开发成本高量和系统的整体价格。

的主要实现今天包括集成处理器,内存,逻辑,和一个传感器模块,为一些客户提供一站式解决方案。但是随着成本归结,这些产品将物联网设备开发人员尤其有用,这通常是按产品很快就出了门。

“模块化解决方案允许我们创建很快上市时间的解决方案,”ASE的Chang说。“所以我们可以使用SiP在特定的表演,它允许一个公司一起把它很快,让产品进入市场。这些衣物和物联网很快,市场动态变化。这是两个不同的要求,SiP可以一起完成。”

SiP拓展到汽车、工业和医疗电子产品,由于其能力,提高电池寿命在一个较小的概要文件。在应用中要求高性能的需求,比如人工智能和神经引擎,SiP是适合,,Chang说。“SiP可以进入各种各样的行业。”和技术适用于自主车辆、增强现实、和5 g无线通信,以及其他用途。

“我们相信你可以把它放到自主神经引擎汽车,你要高速加工解决方案整合到一个很小的形式因素,所以你没有巨大的电脑坐在你的车,”Chang说。“你是能够处理在高带宽,所以会有一个SiP的高带宽需求,可能5 - 6 - 7 g与神经引擎连接速度。在这方面,2.5 d解决方案能够提供不同种类的硅这些密集的计算需求。增强现实,你想要把一个显示到你的眼镜,形式就变得至关重要,因为你真的想最大化电池寿命,所以你不需要不断充电眼镜继续基于“增大化现实”技术的。能够缩小,电子产品,模块化很快就可以进入市场空间,也成为这些客户或公司的关键。做这两个光谱与SiP的产品对我们来说是非常激动人心的。我们能做很高密度模块,利用我们所有的包装和EMS经验,创建一个解决方案的基于“增大化现实”技术的制造商。并通过碰撞,倒装芯片,RDL的解决方案,我们可以创建一个2.5 d神经引擎自主车辆。”

两大好处是射频屏蔽和双面主动和被动的集成组件,说统计射线。允许双面印刷电路板手机现在被缩小到模块。

“模块化的功能是市场趋势”在SiP收养,雷说,指出物联网的新兴市场,衣物,在汽车电子传感器,和高级驾驶员辅助系统。“这些都是非常不同的市场。异构集成是所有这些的关键。”

SiP是被实现高带宽内存衣物,有一些最小的形式因素消费类电子产品。“SiP的主要原因是形式和异构集成,”雷说。

经验教训
走到这一步,SiP甚至可以被认为是一个解决方案了,。事实上,OSATs,铸造厂,IDMs一直认真工作在这些包装方法的十年。

“新科金朋,就像所有其他OSATs,一直很关注发展能力(SiP),”雷说。“设计和组装,我们真的努力工作。“公司也转向系统级测试,结合射频测试与数字测试,确保口工作。

这项工作一直合作,。

“我们最大的教训是需要与客户密切合作,与我们一起工作,”Chang说。“就因为你可以放在一起一个SiP没有做一个SiP解决方案。与客户密切合作,让他们告诉你他们需要什么方面的硬件、软件需求,是一个成功实现SiP的秘诀。任何人都可以把一个乐高在一起。我们意识到我们需要与客户合作,把乐高块放在一起,这样他们就可以得到他们的解决方案在市场上。”

在大多数情况下,客户将提供必要的软件,虽然包装公司提供的固件。

清楚,不过,SiP技术已成定局,它将发现更广泛的使用在半导体制造。用更少的企业能够遵循摩尔定律到个位数纳米范围,SiP会出现另一个出路。和更多的技术能被证明有效使用现成的组件,它的受欢迎程度将明显扩大。

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