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2021年中國系統(tǒng)級封裝大會百家言，韋爾等20 位重磅專家匯聚進行演講分享
本文來源：集微網(wǎng)
隨著電子產(chǎn)品趨向于小型化、輕薄化、功能化和低功耗，以系統(tǒng)級封裝（SiP）、晶圓級封裝、2.5/3D封裝為代表的先進封裝技術得到越來越多的應用。尤其進入后摩爾時代，僅靠提升工藝來提升芯片性能已經(jīng)無法滿足市場需求，業(yè)界逐漸轉向系統(tǒng)級封裝技術的創(chuàng)新。SiP被視為是超越摩爾定律的重要路徑。在這一背景下，中國系統(tǒng)級封裝大會于2021年5月21日在上海正式舉行。此次盛會匯集SiP全產(chǎn)業(yè)鏈廠商，聚焦行業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)。
本次大會由博聞創(chuàng)意會展（深圳）有限公司主辦，上海市電子學會SMT/MPT專業(yè)委員會協(xié)辦，共有 20 位重磅專家匯聚進行演講分享，分別來自：芯和半導體、聞泰科技、韋爾半導體、日月光&環(huán)旭電子、云天半導體、賀利氏、Cadence、芯樸科技、世芯電子、ZUKEN、恩艾、歌爾微、ASM、立德智興、韋爾通科技、漢高、銦泰公司、奧特斯、晶方半導體、上海市科技成果評價研究院等。
現(xiàn)場還有 13 家企業(yè)展臺將發(fā)布年度新品、技術及方案。日本化研、益思迪、立德智興、山木電子、賀利氏、漢高、芯和半導體、銘賽科技、ZUKEN、艾斯達克、歌爾微、銳杰微、銦泰公司，聚焦展示系統(tǒng)級封裝解決方案、EDA電子軟件、材料與儀器設備。
大會主席、芯和半導體創(chuàng)始人兼CEO凌峰發(fā)表以《系統(tǒng)級封裝SiP技術的趨勢和對EDA的挑戰(zhàn)》為主題的演講。他指出，系統(tǒng)級封裝（SiP）是后摩爾時代的關鍵技術，在5G、數(shù)據(jù)中心、高性能計算和AI等領域發(fā)揮重要作用。但多芯片引發(fā)的互連問題，系統(tǒng)內(nèi)部問題以及EDA工具都是行業(yè)正在面臨的挑戰(zhàn)。
凌峰稱，SiP技術給EDA帶來了巨大挑戰(zhàn)。一方面，國內(nèi)EDA行業(yè)處于早期階段，如何實現(xiàn)突破是現(xiàn)在及未來的任務之一；另一方面， SoC發(fā)展到SiP，讓EDA分析、驗證過程變得越來越復雜。
如何打破芯片與封裝之間的那道“墻”，如何實現(xiàn)EDA平臺數(shù)據(jù)的一致性，完成協(xié)同設計，是推動SiP技術進一步發(fā)展的解決方法。因此，行業(yè)亟需一個統(tǒng)一的EDA設計、仿真平臺，能夠同時滿足晶圓廠和封測廠的需求。
聞泰科技旗下聞泰研究院院長兼副總裁朱華偉在演講中表示，公司已針對SiP技術展開部分研究。在智能手機領域，除射頻模塊外，通用單元電路小型化需求正推升SiP技術的采用率；在可穿戴領域，聞泰已經(jīng)在TWS耳機和智能手表上應用SiP技術。據(jù)其稱，聞泰同時應用了雙面不規(guī)則Molding（注塑）及Hotbar 軟板（FPC）連接的方式，可減少裝配成本，提供更高可靠性。此外，該公司在電源、車載通訊方面也開始進行了SiP探索。
朱華偉還表示，異構集成SiP技術可使寄生電感最小化，減小系統(tǒng)面積，方便結構設計，提供更好的保護設計，并有助于探索磁性元件集成。聞泰希望通過SiP工藝為現(xiàn)有產(chǎn)品賦能，提高產(chǎn)品的競爭力，而非單純做一個SiP器件本身。布局SiP，是為了將系統(tǒng)集成能力建立在其先進工藝基礎之上。
韋爾半導體MEMS開發(fā)應用整合高級經(jīng)理趙威龍在《先進封裝技術助力MEMS產(chǎn)品創(chuàng)新》中表示，先進封裝技術將傳感器、執(zhí)行器、信號處理電路、通信接口等集成在MEMS系統(tǒng)里，其類型和技術也影響著MEMS產(chǎn)品的生命周期。
趙威龍指出，相比于IC封裝，MEMS封裝除了要實現(xiàn)保護電路互聯(lián)、解決散熱等問題外，還要考慮到傳感器的交互，因此有些需要采用氣密性封裝甚至真空封裝。另外，MEMS封裝還要兼顧長期可靠性，特別是在汽車等對使用壽命要求高的領域。他進一步指出，先進的封裝技術，將推動MEMS向多功能集成化、小型化和低成本的方向發(fā)展。
從應用趨勢分析，未來智慧化的技術將對MEMS的需求越來越高。按行業(yè)來看，MEMS傳感器主要應用領域包括工業(yè)檢測、汽車、醫(yī)療、消費電子、通信以及濾波器等，消費電子和汽車行業(yè)共占據(jù)MEMS市場幾乎80%的份額。市場研究機構YOLE的數(shù)據(jù)顯示，MEMS市場規(guī)模到2025年預計達到177億美元，2019~2025的年均符合增長率為7.4%。
環(huán)旭電子先進制程研發(fā)中心暨微小化模塊事業(yè)處AVP趙健指出，目前單個產(chǎn)品采用系統(tǒng)級封裝的情況基本仍集中于可穿戴設備，以及對尺寸要求極為嚴苛的領域，如生物醫(yī)學。
不過他認為，SiP技術可以與前道技術相融合，在一定程度上降低后道流程的難度。趙健指出，在組裝過程中，很多工序實際上仍依賴人工，因此會面臨來自空間和人為操作的挑戰(zhàn)。采用SiP技術，將工藝更多的集中在前道，還可以為客戶降低供應鏈整體的復雜性。另外，SiP技術還能夠更好的實現(xiàn)電磁屏蔽（EMI Shielding）。
目前，從晶圓廠、OSAT到EMS，整個代工產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)積極投入到SiP技術的研發(fā)和實際產(chǎn)品拓展中。隨著SiP技術逐漸成熟，以及從設計端到整個產(chǎn)業(yè)鏈的技術整合，產(chǎn)品整體制造成本有望降低。趙健指出，隨著SiP賽道參與者增多，預計SiP應用，尤其是終端產(chǎn)品領域的爆發(fā)點將愈來愈近。
歌爾微電子高級總監(jiān)田德文就系統(tǒng)級封裝技術在智能終端的應用發(fā)表演講指出，摩爾定律趨近于物理極限，是異構集成SiP被看好的原因之一。這項技術還能夠縮短研發(fā)周期，降低成本。
田德文表示，智能手機是SiP最大的應用市場。智能手機普遍采用各種SiP模組，包括射頻前端、電源管理、攝像頭MEMS、無線模塊、CPU、存儲模塊等等。
根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，SiP市場預計到2025年將增至18.8億美元，2019~2015年均復合增長率達6%。從器件類型來看，射頻前端占據(jù)整體市場比重最大。5G帶來更多的可使用頻段，推升手機使用的器件數(shù)量，通過采用模組的形式可以維持體積不變甚至更輕薄。
此外，田德文指出，產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節(jié)都進入到系統(tǒng)級封裝市場，包括歌爾也在其中。不過，最大的挑戰(zhàn)就也來自于供應鏈。他總結出三點原因：一是芯片獲取能力通常依賴客戶的影響力和訂單數(shù)量；二是協(xié)同設計、仿真包括系統(tǒng)級封裝的跨尺度仿真、多物理場仿真等仍有很大挑戰(zhàn)；三是只進行一次終測導致的良率損失成本太高，以及無法準確判斷具體的失效器件，可以說EDA仍是SiP面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
賀利氏電子中國區(qū)研發(fā)總監(jiān)張靖這樣形容，封裝已經(jīng)進入“寒武紀”。區(qū)別于三十多年前，現(xiàn)在的封裝形式、模式層出不窮。另外，越來越多的廠商開始“跨界“，包括臺積電、三星電子、環(huán)旭等在內(nèi)，都在往OSAT業(yè)務發(fā)展。這意味著，市場競爭局面將越來越復雜，但研發(fā)周期會越來越快。
如何適應這種變化？張靖指出，現(xiàn)在IC設計和OSAT變得“ 你中有我，我中有你”，但卻少了材料和設備行業(yè)的身影，這意味著OSAT只能按照現(xiàn)有材料提供解決方案，無法做進一步創(chuàng)新。作為材料供應商，可以助力封裝設計更具靈活性和可能性。張靖說，希望這一合作模式可以在未來變成常態(tài)，如果IC設計、OSAT、材料與設備供應商能夠坐下來一起合作，將進一步加速產(chǎn)品迭代速度。
上?？请娮蛹夹g支持總監(jiān)王輝在演講中表示，半導體制造工藝發(fā)展到28nm以后，系統(tǒng)變得越來越重要 ，為使產(chǎn)品達到預期性能，封裝逐漸引起業(yè)界重視。
王輝認為，在后摩爾時代，異構集成、硅通孔封裝技術（TSV）和扇出型晶圓級封裝（FOWLP）等先進IC封裝技術將扮演重要角色。芯片代工廠未來也將推動新的封裝技術，例如可以降低3D IC/封裝設計風險的ADKs等。
王輝指出，未來可能會出現(xiàn)一種新的商業(yè)模式，供應商不再賣整個系統(tǒng)，改賣chiplet。目前，僅有少數(shù)供應商推出chiplet，接下來的任務是要在IP公司行動之前實現(xiàn)chiplet商業(yè)化，促進這一商業(yè)模式的形成。據(jù)悉，產(chǎn)業(yè)有關小芯片的互連方式、接口協(xié)議等研究正在進行當中。
芯樸科技COO顧建忠發(fā)表主題為《5G手機射頻前端SiP的設計和封裝趨勢》的演講。顧建忠指出，在2G時代，射頻前端還是由單個器件組成，現(xiàn)在模組化的支撐成本越來越高。隨著5G頻段增加，帶動模組數(shù)量增加，智能手機對封裝要求越來越高。未來射頻前端將朝著多芯片與高集成的方向發(fā)展。
射頻前端通常包括PA、放大器、濾波器以及開關等關鍵部件。顧建忠指出，在3G、4G和5G時代，PA的路線圖中都涵蓋砷化鎵，等到進入毫米波時代后，無論是SOI、鍺硅還是砷化鎵都可能擁有市場機會。
據(jù)了解，芯樸針對5G射頻前端的解決方案從第一代到第二代不斷升級。第一代 5G n77 解決方案集成一路發(fā)射和一路接收，第二代在第一代基礎上，集成一路發(fā)射和兩路接收，能夠降低發(fā)射功率，實現(xiàn)世界上最小工作電流。顧建忠透露，5G n77/n79第二代解決方案預計在今年年底或明年成為2000元以下手機射頻前端的主流方案。
世芯電子研發(fā)總監(jiān)兼無錫設計中心總經(jīng)理溫德馨指出，除射頻前端外， AI/GPU等系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品由于運算單元時鐘頻率高、功耗大、內(nèi)部分布集中的特點，對于芯片、基板、系統(tǒng)，以及設計和驗證的迭代需求越來越多，導致系統(tǒng)協(xié)同設計面臨很大挑戰(zhàn)。
從技術角度上看，在2.5D 封裝技術推出后，電源分配網(wǎng)絡（PDN）、高速傳輸?shù)男盘柾暾裕⊿I）和熱管理都是當下挑戰(zhàn)。封裝的可靠性及可能出現(xiàn)的翹曲則成為新的挑戰(zhàn)。溫德馨指出，進行PDN分析時，會產(chǎn)生很大功耗，進而引起系統(tǒng)出現(xiàn)問題。至于解決功耗問題并對整個電源網(wǎng)絡進行仿真驗證，實際上仍存在一些難題。
另外在管理層面，企業(yè)缺乏知識面廣、有經(jīng)驗的管理者。芯片制造過程涉及多學科領域，設計與封裝又獨立進行，因此行業(yè)需要共同合作克服技術上的問題。
廈門云天半導體總經(jīng)理于大全在《射頻模塊的系統(tǒng)級封裝技術進展》中指出，晶圓級封裝技術的發(fā)展為5G設備集成提供了強有力的支持。TSV基于提升器件集成度，縮小模塊尺寸，改善電氣性能，減少損耗的優(yōu)勢，目前得到廣泛應用。晶圓級扇入封裝 (WLCSP)可用于SAW / BAW濾波器和IPD，射頻模塊，晶圓級扇出（Fan-out）可用于射頻模塊和5G毫米波芯片。
近年來，采用玻璃通孔（TGV）技術和嵌入式玻璃扇出（GFO）技術的玻璃晶圓級封裝技術日趨成熟，可用于IPD、5G 毫米波、射頻模塊的3D集成。用玻璃作中介層 ，優(yōu)點是電性能好，成本較低，熱膨脹系數(shù)(CTE)便于調(diào)節(jié)增強可靠性。然而，玻璃的散熱問題還有待解決，另外由于需要制作大量的通孔，工藝開發(fā)面臨挑戰(zhàn)。
于大全表示，未來的射頻模塊要根據(jù)產(chǎn)品的厚度、產(chǎn)品考量具體的封裝工藝。針對5G應用的晶圓級SiP技術，還有很多開發(fā)工作要做?？梢灶A見的是，采用TSV，F(xiàn)an-out和TGV的先進晶圓級SiP將發(fā)揮重要作用。
隨著新的封裝形式和封裝技術被提出，SiP等先進封裝在設計、工藝、材料，仿真測試上將迎來新的挑戰(zhàn)。這也將對協(xié)同設計，產(chǎn)業(yè)鏈合作提出新的要求。超越摩爾定律，化解挑戰(zhàn)為機遇，需要行業(yè)共同努力。
來源：2021-06-07 集微網(wǎng)
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