从苹果 SiP 封装订单落脚中国，来谈 SiP 封装现况

    日前，中国江苏长电科技成功击败台湾日月光半导体，和日本村田一同获得苹果 SiP 模组订单，而且长电科技斩获的订单比率超过订单总额的 50% 以上。这是自长电科技以 7.8 亿美元（其中积体电路大基金出资 1.4 亿美元，中国银行贷款 1.2 亿美元）收购新加坡星科金朋以来首个重大订单。受此鼓舞，长电科技投资 2 亿美元扩充厂内 SiP 模组封测生产线，以完成苹果以亿为单位计算的订单。




那么什么是 SiP 呢？和我们熟知的 SoC 有何差别呢？


▲ 错综复杂的收购资本来源，至于背后真正的主使者，你懂的。

SoC 和 SiP

自积体电路器件的封装从单个元件的开发，进入到多个元件的集成后，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：系统单晶片 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元件、记忆体晶片，甚至包含被动元件的系统，整合在一个单位中。
SoC 是从设计的角度出发，是将系统所需的元件高度集成到一块晶片上。
SiP 是从封装的立场出发，对不同晶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。
构成 SiP 技术的要素是封装载体与组装工艺，前者包括 PCB、LTCC、Silicon Submount（其本身也可以是一块 IC），后者包括传统封装制程（Wire bond 和 Flip Chip）和 SMT 设备。无源器件是 SiP 的一个重要组成部份，如传统的电容、电阻、电感等，其中一些可以与载体集成为一体，另一些如精度高、Q 值高、数值高的电感、电容等透过 SMT 组装在载体上。



▲ SiP封装

从集成度而言，一般情况下，SoC 只 AP 之类的逻辑系统，而 SiP 集成了 AP+mobile DDR，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。

 

SiP 的封装形态

SiP 封装技术采取多种裸晶片或模组进行排列组装，若就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组的数量，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。而内部接合技术可以是单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。

另外，除了 2D 与 3D 的封装结构外，还可以采用多功能性基板整合元件的方式──将不同元件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的晶片排列方式，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。


▲ 几种 SiP 封装方案。

SiP 的技术难点

SiP 的主流封装形式是 BGA，但这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了 SiP 技术。

对于电路设计而言，三维晶片封装将有多个裸片堆叠，如此复杂的封装设计将带来很多问题：比如多晶片集成在一个封装内，晶片如何堆叠起来；再比如复杂的走线需要多层基板，用传统的工具很难布通走线；还有走线之间的间距，等长设计，差分对设计等问题。


此外，随着模组复杂度的增加和工作频率（时钟频率或载波频率）的提高，系统设计的难度会不断增加，设计者除具备必要的设计经验外，系统性能的数值模拟也是必不可少的设计环节。

 

SiP 封装技术市场前景如何？

与在印刷电路板上进行系统集成相比，SiP 能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。相对于 SoC，SiP 还具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。

SiP 封装可将其它如被动元件，以及天线等系统所需的元件整合于单一构装中，使其更具完整的系统功能。由应用产品的观点来看，SiP 更适用于低成本、小面积、高频高速，以及生产周期短的电子产品上，尤其如功率放大器（PA）、全球定位系统、蓝牙模组（Bluetooth）、影像感测模组、记忆卡等可携式产品市场。

正因为 SiP 封装具有灵活度高、集成度高、相对低成本、小面积、高频高速、生产周期短的特点，SiP 封装技术不仅可以广泛用于工业应用和物联网领域，在手机以及智慧手表、智慧手环、智慧眼镜等领域也有非常广阔的市场。

目前智慧硬体厂商在设计智慧可穿戴装置时，主要面临的挑战是如何将众多的需求功能全部放入极小的空间内。以智慧眼镜为例，在硬体设计部份就需要考量无线通讯、应用处理器、储存记忆体、摄影镜头、微投影显示器、感应器、麦克风等主要元件特性及整合方式，也须评估在元件整合于系统板后的相容性及整体的运作效能。

而运用 SiP 系统微型化设计，能以多元件整合方式，简化系统设计并满足设备微型化。在不改变外观条件下，又能增加产品的可携性和无线化以及即时性的优势。

目前全世界封装的产值只占积体电路总值的 10%，而 SiP 的出现很可能将打破目前积体电路的产业格局，改变封装仅仅是一个后续加工厂的状况。未来积体电路产业中也许会出现一批结合设计能力与封装工艺的实体，掌握有自己品牌的产品和利润。当 SiP 技术被封装企业掌握后，封装业的产值可能会出现一定幅度的提高。