半导体行业拯救者，系统级封装迎来好时光

现世界排名第一的封测厂，中国***的日月光科技在今年Q3的营收又创新高，达到了411.42亿新台币。相同的一幕在去年何其相似，当时日月光的营收达到了392.76亿新台币。这两次营收爆发都与SiP（系统级封装）有关。而据估计，iPhone 11的系统级封装（SiP）和无线通信整合模组持续拉货，让日月光第4季度业绩有望继续增长。

据供应链透露，苹果在设计上大量采用系统级封装（SiP）模组，意味着明年会继续大量放出SiP封测代工订单；加上无线蓝牙耳机AirPods将开始导入SiP技术，在该技术打磨多年的日月光将成为封测业的大赢家。

在摩尔定律逐渐失去魅力的时候，SiP技术迎来了最好的时光。

渐成主流

SiP技术从MCM（多芯片模块）脱胎而来。它构建于已有的封装技术之上，比如倒装芯片、wire bonding（线键合）、fan-out 晶圆级封装。由于以前摩尔定律进展毫无阻力，SiP也就不太受到重视。当单芯片集成（SoC）进展停滞的时候，能整合多个不同系统的SiP成为了行业拯救者。

根据标准定义，SiP是将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。

与SoC整合更多功能的目的一致，SiP也要在更小的身躯内吞下更多的功能。区别是，SiP是将多个不同芯片一并排或叠加的方式整合在一起，SoC本身就是一个芯片。

芯片厂商们很久前就开始这么做了，但只有苹果公司加入这个行列，才彻底引爆了这个市场。下图是Apple Watch S1芯片的拆解图。从图中可以看到，在26mm×28mm的芯片内封装了30个独立的组件。

高通的Qualcomm Snapdragon System-in-Package（QSiP）模组也是同类技术的产物。QSiP 将应用处理器、电源管理、射频前端、WiFi 等连接芯片、音频编解码器和内存等 400 多个零部件放在一个模组中，大大减少主板的空间需求，从而为电池、摄像头等功能提供了更大空间。

有几个领域是目前SiP应用最多的。一是射频领域。手机中的PA就是SiP模块，内部集成多频功放、功率控制及收发转换开关等功能。二是汽车电子，包括功率器件系统级封装和雷达等。三是消费电子中的互联（Wi-Fi/蓝牙）、MEMS/传感器、摄像头模块等。不过，千万不要把麒麟990 5G，联发科天玑1000和高通765当做是SiP，它们可都是不折不扣的SoC。

简与繁

功率密度、散热等问题困扰着传统的芯片工艺，还有令人心烦的布线阻塞、RC 延迟、电迁移以及静电放电和电磁干扰等现象。SiP的出现为解决这些问题带来了新的思路。

举例来说，对数字噪声和热效应敏感的模拟模块可以与数字模块保持一定距离。其次，所有模块和chiplet（小芯片）都在一个封装中，形成一个大IP，就让IP复用变得简单。最后，通过增加芯片之间的连接的直径和缩短信号传输的距离，可以提升性能并降低功耗，这反过来又可以降低驱动这些信号所需的功率。

SiP技术发展很快，形成了多种不同的实现方式。如果按照模块排列方式进行区分，可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装，采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而在SiP的内部，可以通过单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），或二者混用。

除此之外，还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装形态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

很多半导体厂商都有自己的SiP技术，名字可能会不一样。比如，英特尔叫EMIB、台积电叫SoIC。但业内人士指出，这些都是SiP技术，差别就在于制程工艺。以台积电为例，其就用半导体设备来做封装制程。台积电SiP技术的优势在于晶圆级封装，技术成熟、良率高，这也是普通封测厂商难以做到的。

追赶和超越

既然已经是不可逆的趋势，各家封测厂都在发展自己的SiP技术。不过，这不是一件容易的事情。“SiP概念易理解，但是设计，工艺等复杂，高端技术不太容易掌握。”半导体专家莫大康告诉记者。

封测厂要掌握SiP技术，其实就是要学习多种封装技术。如超低弧度引线键合技术、窄节距引线键合技术、新型芯片粘贴（DAF、FOW等）技术、新型引线键合材料、窄节距铜柱倒装凸点技术以及微凸点（Micro Bumping）技术等。此外，扇出型圆片级封装（FOWLP），以TSV技术（刻蚀和填充）、晶圆减薄和再布线工艺、芯片/晶圆键合堆叠等技术为核心的TSV堆叠封装也是必要掌握的。没有多年的积累，SiP可不是能随便玩转的。

中国***的日月光公司是封测厂中很早就进行SiP投资的厂商。其也是具备系统级封装技术层次最广的封装厂之一，涵盖FCBGA、FOCoS和2.5D封装等近十种封装技术。尤其是得益于苹果的大单，日月光的系统级封装营收过去几年都以数亿美元的速度成长。

在全球封测厂最集中的中国大陆，目前有长电科技、通富微电、华天科技三家多年排名在全球前十。在SiP方面，大陆地区的整体水平怎样呢？“最高水平与国际领先水平已相距不远。”华西电子首席分析师孙远峰表示。他进一步说明，“长电科技旗下长电韩国正积极布局系统级封装（SiP）业务，已切入韩国手机和可穿戴设备等终端产品供应链，客户包括了三星和LG。”

国内企业在SiP领域的起步并不晚，近年来通过并购，快速积累先进封装技术，技术平台已经基本和海外厂商同步。如长电科技联合产业基金、芯电半导体收购新加坡封测厂星科金朋，拥有了WLSCP、SiP、PoP等高端先进封装技术，并实现量产。只是，整体先进封装营收占总营收比例与中国***和美国地区还存在一定的差距。

现在还有一个问题，国内芯片行业是否充分利用这些技术平台呢？“很多公司都在用，就是大多数用的比较低端，只是简单封合而已。”西藏磊梅瑞斯创业投资有限公司投资总监张云翔指出。

“做SiP要把各种芯片搭载到一起，这些芯片往往不是一个厂家生产的，能收集起这么多厂家的Wafer，并不是很容易的事情。苹果等大公司有这样的号召力，一般中小公司没能力做到。“他解释道。

好在局面已逐渐改变，随着国内芯片种类增多，性能提高，这种芯片慌正在慢慢缓解。而随着未来国内自主研发的存储器量产，以及5G商用落地、AIoT和汽车电子创新度提高，SiP技术的大爆发已经进入倒计时了。