SiP如何为摩尔定律续命？
导读
近年来，摩尔定律逐渐进入难以提升的“红区”，集成电路也逐渐走到发展的瓶颈期。为进一步提升集成电路系统性能、降低成本依赖、提升功能密度，先进封装技术正朝着高密度、高性能、低成本的方向发展。SiP或将成为超越摩尔定律的杀手锏，在5G、人工智能、数据中心、高性能计算等领域发挥重要作用。
本文围绕SiP的创新、市场情况、未来发展趋势与技术演进进行了深度剖析。推荐给大家。
近年来，摩尔定律逐渐进入难以提升的“红区”，集成电路也逐渐走到发展的瓶颈期。为进一步提升集成电路系统性能、降低成本依赖、提升功能密度，先进封装技术正朝着高密度、高性能、低成本的方向发展。
三十年前，封装标准还是金属封装、塑料封装、陶瓷封装。如今，先进封装已经进入了“寒武纪”，各种封装模式层出不穷。先进封装技术主要分为两大类，一类是基于XY平面延伸，主要通过再分布层（RDL）进行信号延伸和互联，包括倒装芯片（Flip Chip）、扇出型晶圆级封装（FOWLP）、扇出型面板级封装（FOPLP）等。另一类是基于Z轴延伸，通过硅通孔（TSV）进行信号延伸和互联，包括硅通孔（TSV）技术、衬底晶圆级芯片封装（CoWoS）等。
其中，SiP（系统级封装）成为后摩尔时代实现超高密度和多功能集成的关键技术，在5G、人工智能、数据中心、高性能计算等领域发挥重要作用。5月21日，第五届中国系统级封装大会在上海召开，来自SiP上下游的厂商进行了专业的技术交流，共同探讨SiP未来的发展趋势与技术演进。
01 SIP持续创新
SiP技术应用广泛，采用SiP技术的产品应用场景囊括了智能手表、智能眼镜、TWS耳机等可穿戴设备，5G、AI等物联网相关应用，以及智能汽车等多个领域。
《USI&ASE系统级封装技术发展路线图》 环旭电子 赵健
从低端到高端，终端应用中的各种I/O和封装尺寸中都可以找到SiP技术的身影。芯片的高度集成化要求SiP封装不断迭代升级，以满足高性能和低时间成本的异构集成需求。在移动前端和高性能计算（HPC）市场，SiP封装技术不断推进和革新。异构集成和Chiplets（小芯片）也逐渐成为推动高性能计算发展的关键技术。
图：SiP封装模式
图：SiP封装技术发展路线
02 超越摩尔定律
摩尔定律发展至今，半导体工艺制程已经接近物理极限，由此分散出两条道路：摩尔定律和超越摩尔定律。SoC（片上系统）是将所有电子元器件集成到一个芯片上，以组成独立运行的系统，它将继续沿用摩尔定律，朝更加小型化方向缓慢发展。SiP则是将多种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/系统，是超越摩尔定律的重要路径。
根据国际半导体路线组织（ITRS）的定义，SiP是指将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS、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。
超越摩尔定律将芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升，转向更加务实多样的市场需求满足。集成电路及系统复杂度不断增加，封装集成度不断上升，未来芯片的发展方向应该是SoC与SiP深度融合，赋能系统更高的性能和价值。
图：摩尔定律VS超越摩尔定律
03 SiP市场大有可为
在摩尔定律式微的趋势下，随着5G、人工智能、云计算、大数据等新兴技术的不断融合升级，对芯片封装技术的要求也日益增长。当单芯片集成进展停滞的时候，SiP脱颖而出。
SiP具有多项优势，可以从XYZ三轴方向对模组进行缩小，为终端设备提供更多的空间，整合FATP（最后试验装配和包装）工序流程，极大降低FATP难度。此外，SiP提供模组化封装技术，提供更好的电磁屏蔽方式，提高系统可靠性，降低整体生产成本。
《USI&ASE系统级封装技术发展路线图》 赵健 环旭电子
凭借其低成本、高效率、简单的制造流程等优势，SiP技术在智能手机、可穿戴设备、工业控制、智能汽车等新兴领域得到广泛应用。据Yole报告显示，2019年SiP市场份额达134亿美元，预计到2025年市场份额将增长至188亿美元，年复合增长率达6%。未来五年，SiP市场持续向好，大有可为。
图：2019-2025年SiP市场份额预测
《系统级封装关键技术及在智能终端的应用》 田德文 歌尔微电子
根据Markets&Markets报告显示，射频前端应用成为SiP最大的市场。而Yole表示，未来五年，可穿戴设备、Wi-Fi路由器和物联网将在SiP市场领域显著增长，5G和物联网成为主要驱动力。
5G的迅速发展也带动了5G封装市场的不断扩大。2020年5G封装市场规模为5.1亿美元，预期将以31％的年复合增长率成长，至2026年达到约26亿美元。
图：5G 封装为 SiP 业务带来创新技术和新机遇
SiP封装技术市场空间广阔，相较于传统封装性能优势显著。SiP上下游企业正积极布局，扩大SiP产品应用版图，加速SiP工艺优化升级，超越摩尔定律限制，促进半导体行业蓬勃发展。脱离摩尔定律发展规律，SiP将成为超越摩尔定律的杀手锏，助力集成电路小型化、系统化发展。