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一文读懂SIP与SOC封装技术

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上传人:猎芯网

上传时间: 2016-10-31

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  SIP封装技术

  随着物联网时代来临,全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计,因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SiP技术日益受到关注。除了既有的封测大厂积极扩大SiP制造产能外,晶圆代工业者与IC基板厂也竞相投入此一技术,以满足市场需求。

  早前,苹果发布了最新的apple watch手表,里面用到SIP封装芯片,从尺寸和性能上为新手表增色不少。而芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律),转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律)。

  根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义: SIP 为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 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。

  SIP定义

  从架构上来讲, 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。

  SOC定义

  将原本不同功能的 IC,整合在一颗芯片中。藉由这个方法,不单可以缩小体积,还可以缩小不同 IC 间的距离,提升芯片的计算速度。SOC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

  SOC与SIP对比

  自集成电路器件的封装从单个组件的开发,进入到多个组件的集成后,随着产品效能的提升以及对轻薄和低耗需求的带动下,迈向封装整合的新阶段。在此发展方向的引导下,形成了电子产业上相关的两大新主流:系统单芯片SOC(System on Chip)与系统化封装SIP(System in a Package)。

  SOC与SIP是极为相似,两者均将一个包含逻辑组件、内存组件,甚至包含被动组件的系统,整合在一个单位中。

  SOC是从设计的角度出发,是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。

  SIP是从封装的立场出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,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。

  过去的主流封装系统

  SIP 是解决系统桎梏的胜负手。把多个半导体芯片和无源器件封装在同一个芯片内,组成一个系统级的芯片,而不再用 PCB 板来作为承载芯片连接之间的载体,可以解决因为 PCB 自身的先天不足带来系统性能遇到瓶颈的问题。

  以处理器和存储芯片举例,因为系统级封装内部走线的密度可以远高于 PCB 走线密度,从而解决 PCB线宽带来的系统瓶颈。举例而言,因为存储器芯片和处理器芯片可以通过穿孔的方式连接在一起,不再受 PCB 线宽的限制,从而可以实现数据带宽在接口带宽上的提升。

  SIP架构是超越摩尔定律下的重要实现路径

  现在的主流封装系统

  SIP 不仅简单将芯片集成在一起。 SIP 还具有开发周期短、功能更多、功耗更低、性能更优良、成本价格更低、体积更小、质量更轻等优点。SIP 是超越摩尔定律下的重要实现路径。

  SOC与SIP技术趋势

  从集成度而言,一般情况下, SOC 只集成 AP 之类的逻辑系统,而 SIP 集成了AP+mobileDDR,某种程度上说 SIP=SOC+DDR,随着将来集成度越来越高, emmc也很有可能会集成到 SIP 中。从封装发展的角度来看,因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下, SOC 曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来 SOC生产成本越来越高,频频遭遇技术障碍,造成 SOC 的发展面临瓶颈,进而使 SIP 的发展越来越被业界重视。

  半导体产品封装的主要占比

  针对这两条路径,分别诞生了两种产品: SOC 与 SIP。 SOC 是摩尔定律继续往下走下的产物,而 SIP 则是实现超越摩尔定律的重要路径。两者都是实现在芯片层面上实现小型化和微型化系统的产物。

  众所周知的摩尔定律发展到现阶段,何去何从?行业内有两条路径:一是继续按照摩尔定律往下发展,走这条路径的产品有CPU、内存、逻辑器件等,这些产品占整个市场的 50%。

  另外就是超越摩尔定律的More than Moore 路线,芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升方面,转向更加务实的满足市场的需求。这方面的产品包括了模拟/RF 器件,无源器件、电源管理器件等,大约占到了剩下的那 50%市场。

  More Moore和More than Moore


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