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Explosión de sistema en paquete (SiP) Una nueva fachada para la industria de semiconductores
Ahora, la planta de embalaje y pruebas número 1 del mundo, la tecnología Sun Moonlight de Taiwán alcanzó un nuevo máximo en ingresos en el tercer trimestre de este año, alcanzando NT $ 41.142 mil millones. La misma escena es muy similar a la del año pasado, cuando los ingresos de Sun Moonlight alcanzaron NT $ 39,276 mil millones. Ambas ráfagas de ingresos estaban relacionadas con SiP (sistema en paquete). Según las estimaciones, los módulos de integración del sistema en paquete (SiP) y la comunicación inalámbrica del iPhone 11 continúan atrayendo mercancías, por lo que se espera que los resultados del cuarto trimestre de ASE continúen creciendo.
Según la cadena de suministro, Apple utiliza una gran cantidad de módulos de sistema en paquete (SiP) en su diseño, lo que significa que continuará lanzando una gran cantidad de paquetes de SiP y pruebas de pedidos de OEM el próximo año; Además, los auriculares inalámbricos Bluetooth AirPods comenzarán a introducir la tecnología SiP y a pulir la tecnología. Durante muchos años, ASE se convertirá en un gran ganador en la industria del embalaje y las pruebas.
Cuando la Ley de Moore gradualmente perdió su encanto, la tecnología SiP marcó el comienzo del mejor momento.
Convertirse en la corriente principal
La tecnología SiP nace de MCM (Multi-Chip Module). Se basa en tecnologías de envasado existentes, como flip-chip, unión de cables y empaque de abanico a nivel de oblea. Como no ha habido resistencia al avance de la Ley de Moore, SiP ha recibido menos atención. Cuando el progreso de la integración de un solo chip (SoC) se ha estancado, SiP, que puede integrar múltiples sistemas diferentes, se ha convertido en el salvador de la industria.
De acuerdo con la definición estándar, SiP es un paquete estándar único que ensambla preferentemente múltiples componentes electrónicos activos y dispositivos pasivos con diferentes funciones, y otros dispositivos como MEMS o dispositivos ópticos para lograr una determinada función, formando un sistema o sistema de subsistema.
De acuerdo con el propósito de integrar más funciones en el SoC, SiP también tiene que tragar más funciones en un cuerpo más pequeño. La diferencia es que SiP integra múltiples chips diferentes uno al lado del otro o superpuestos juntos, y el SoC en sí mismo es un chip.
Los fabricantes de chips comenzaron a hacer esto hace mucho tiempo, pero solo Apple Corps se unió a las filas y explotó por completo el mercado. La siguiente figura es el desmontaje del chip Apple Watch S1. Como se puede ver en la figura, 30 componentes independientes se empaquetan en un chip de 26 mm × 28 mm.
El módulo Qualcomm Snapdragon System-in-Package (QSiP) de Qualcomm también es producto de tecnologías similares. QSiP incluye más de 400 componentes, como procesadores de aplicaciones, administración de energía, front-end RF, chips de conexión WiFi, códecs de audio y memoria en un módulo, lo que reduce en gran medida los requisitos de espacio de la placa base, proporcionando funciones como baterías y cámaras Proporciona más espacio.
Hay varias áreas donde actualmente se aplica más SiP. El primero es el campo de radiofrecuencia. El PA en el teléfono móvil es el módulo SiP, que integra funciones como el amplificador de potencia multifrecuencia, el control de potencia y el interruptor del transceptor. El segundo es la electrónica automotriz, incluido el empaquetado a nivel del sistema de dispositivos de potencia y el radar. El tercero es la interconexión (Wi-Fi / Bluetooth), MEMS / sensores, módulos de cámara, etc. en electrónica de consumo. Sin embargo, no tome Kirin 990 5G, MediaTek 1000 y Qualcomm 765 como SiP, todos son SoC.
Jane y fan
Problemas como la densidad de potencia y la disipación de calor han plagado los procesos tradicionales de los chips, así como perturbaciones en los bloqueos de cableado, retrasos RC, electromigración, descargas electrostáticas e interferencias electromagnéticas. La aparición de SiP ha traído nuevas ideas para resolver estos problemas.
Por ejemplo, los módulos analógicos que son sensibles al ruido digital y los efectos térmicos se pueden mantener a distancia de los módulos digitales. En segundo lugar, todos los módulos y chiplets (chips pequeños) están en un paquete para formar una IP grande, lo que hace que la reutilización de IP sea simple. Finalmente, al aumentar el diámetro de las conexiones entre los chips y acortar la distancia de transmisión de la señal, se puede mejorar el rendimiento y se puede reducir el consumo de energía, lo que a su vez puede reducir la potencia requerida para conducir estas señales.
La tecnología SiP se está desarrollando rápidamente y ha formado muchas implementaciones diferentes. Si se distingue de acuerdo con la disposición de los módulos, se puede dividir aproximadamente en un paquete 2D plano y una estructura de paquete 3D. En comparación con el embalaje 2D, el uso de la tecnología de embalaje 3D apilado puede aumentar el número de obleas o módulos utilizados, aumentando así el número de capas que se pueden colocar en la dirección vertical, mejorando aún más la integración funcional de la tecnología SIP. En SiP, puede usar uniones de cables simples, Flip Chip o una combinación de ambos.
Además, también puede usar el sustrato multifuncional para integrar los componentes: los diferentes componentes están integrados en el sustrato multifuncional para lograr el propósito de la integración funcional. Los diferentes arreglos de chips, combinados con diferentes tecnologías de unión interna, hacen que el paquete SIP forme una variedad de combinaciones, y se puede personalizar o producir de manera flexible de acuerdo con las necesidades de los clientes o productos.
Muchos fabricantes de semiconductores tienen su propia tecnología SiP, y los nombres pueden ser diferentes. Por ejemplo, Intel se llama EMIB y TSMC se llama SoIC. Pero los expertos de la industria señalan que estas son tecnologías SiP, y la diferencia radica en la tecnología de proceso. Tomemos a TSMC como ejemplo, utiliza equipos de semiconductores para hacer el proceso de empaque. Las ventajas de la tecnología SiP de TSMC son los empaques a nivel de oblea. La tecnología es madura y el rendimiento es alto, lo que es difícil de lograr para los fabricantes de empaques y pruebas comunes.
Perseguir y superar
Dado que es una tendencia irreversible, cada fábrica de empaque y prueba está desarrollando su propia tecnología SiP. Sin embargo, esta no es una tarea fácil. "Los conceptos de SiP son fáciles de entender, pero el diseño y el proceso son complicados, y la tecnología de gama alta no es fácil de dominar". El experto en semiconductores Mo Dakang dijo a los periodistas.
Las plantas de envasado y prueba necesitan dominar la tecnología SiP, de hecho, deben aprender una variedad de tecnologías de envasado. Como la tecnología de unión de alambre de arco ultra bajo, la tecnología de unión de alambre de paso estrecho, la nueva tecnología de unión de chip (DAF, FOW, etc.), los nuevos materiales de unión de alambre, la tecnología de golpe de chip de cobre de pilar estrecho y micro-topetón Tecnología (Micro Bumping). Además, el empaque de abanico a nivel de oblea (FOWLP), el empaque apilado TSV con tecnología TSV (grabado y relleno), los procesos de adelgazamiento y recableado de obleas, el apilamiento de chips / obleas como tecnologías centrales también son necesarios para dominar. Sin años de acumulación, SiP no es algo que se pueda jugar casualmente.
Sun Moonlight, de Taiwán, es uno de los primeros inversores de SiP en una planta de envasado y pruebas. También es una de las plantas de envasado más extensas con tecnología de envasado a nivel de sistema, que cubre casi diez tecnologías de envasado, incluidos FCBGA, FOCoS y 2.5D. Especialmente gracias al gran pedido de Apple, los ingresos de empaquetado a nivel de sistema de Sun Moonlight han crecido a una tasa de cientos de millones de dólares en los últimos años.
En China continental, donde la mayor concentración mundial de plantas de envasado y prueba, Changdian Technology, Tongfu Microelectronics y Huatian Technology se han clasificado entre las diez mejores del mundo durante muchos años. En términos de SiP, ¿cuál es el nivel general de la parte continental? "El nivel más alto no está lejos del nivel líder internacional". Sun Yuanfeng, analista jefe de Huaxi Electronics, dijo. Además afirmó que "Changdian Korea, una subsidiaria de Changdian Technology, está desplegando activamente el negocio de sistema en paquete (SiP) y ha entrado en la cadena de suministro de productos finales de teléfonos móviles y dispositivos portátiles en Corea del Sur. Los clientes incluyen Samsung y LG ".
Las compañías nacionales comenzaron en el campo de SiP no muy tarde. En los últimos años, a través de fusiones y adquisiciones, han acumulado rápidamente tecnología avanzada de embalaje, y la plataforma tecnológica se ha sincronizado básicamente con los fabricantes extranjeros. Por ejemplo, Changdian Technology United Industry Fund y Chipden Semiconductor adquirieron la planta de envasado y pruebas de Singapur Xingke Jinpeng, que posee tecnologías de envasado avanzadas como WLSCP, SiP, PoP, y ha logrado la producción en masa. Sin embargo, los ingresos generales por embalaje avanzado como porcentaje de los ingresos totales todavía tienen una cierta brecha con Taiwán y los Estados Unidos.
Todavía hay una pregunta: ¿la industria nacional de chips hace uso completo de estas plataformas tecnológicas? "Muchas empresas lo están utilizando, la mayoría de ellos son relativamente de baja gama, simplemente sellado". Zhang Yunxiang, director de inversiones de Tibet Lemerus Venture Capital Co., Ltd. señaló.
"SiP requiere una variedad de chips para armar. Estos chips a menudo no son producidos por un solo fabricante. No es fácil recolectar Wafer de tantos fabricantes. Las grandes empresas como Apple tienen ese atractivo, y generalmente las pequeñas y medianas empresas No hay forma de hacerlo ", explicó.
Afortunadamente, la situación ha cambiado gradualmente. A medida que aumenta el número de chips nacionales y mejora el rendimiento, este tipo de pánico de chips se alivia lentamente. Con la producción en masa de memoria desarrollada de forma independiente en el futuro, y la implementación comercial 5G, AIoT e innovación en electrónica automotriz, la explosión de la tecnología SiP ha entrado en la cuenta regresiva.
Según la cadena de suministro, Apple utiliza una gran cantidad de módulos de sistema en paquete (SiP) en su diseño, lo que significa que continuará lanzando una gran cantidad de paquetes de SiP y pruebas de pedidos de OEM el próximo año; Además, los auriculares inalámbricos Bluetooth AirPods comenzarán a introducir la tecnología SiP y a pulir la tecnología. Durante muchos años, ASE se convertirá en un gran ganador en la industria del embalaje y las pruebas.
Cuando la Ley de Moore gradualmente perdió su encanto, la tecnología SiP marcó el comienzo del mejor momento.
Convertirse en la corriente principal
La tecnología SiP nace de MCM (Multi-Chip Module). Se basa en tecnologías de envasado existentes, como flip-chip, unión de cables y empaque de abanico a nivel de oblea. Como no ha habido resistencia al avance de la Ley de Moore, SiP ha recibido menos atención. Cuando el progreso de la integración de un solo chip (SoC) se ha estancado, SiP, que puede integrar múltiples sistemas diferentes, se ha convertido en el salvador de la industria.
De acuerdo con la definición estándar, SiP es un paquete estándar único que ensambla preferentemente múltiples componentes electrónicos activos y dispositivos pasivos con diferentes funciones, y otros dispositivos como MEMS o dispositivos ópticos para lograr una determinada función, formando un sistema o sistema de subsistema.
De acuerdo con el propósito de integrar más funciones en el SoC, SiP también tiene que tragar más funciones en un cuerpo más pequeño. La diferencia es que SiP integra múltiples chips diferentes uno al lado del otro o superpuestos juntos, y el SoC en sí mismo es un chip.
Los fabricantes de chips comenzaron a hacer esto hace mucho tiempo, pero solo Apple Corps se unió a las filas y explotó por completo el mercado. La siguiente figura es el desmontaje del chip Apple Watch S1. Como se puede ver en la figura, 30 componentes independientes se empaquetan en un chip de 26 mm × 28 mm.
El módulo Qualcomm Snapdragon System-in-Package (QSiP) de Qualcomm también es producto de tecnologías similares. QSiP incluye más de 400 componentes, como procesadores de aplicaciones, administración de energía, front-end RF, chips de conexión WiFi, códecs de audio y memoria en un módulo, lo que reduce en gran medida los requisitos de espacio de la placa base, proporcionando funciones como baterías y cámaras Proporciona más espacio.
Hay varias áreas donde actualmente se aplica más SiP. El primero es el campo de radiofrecuencia. El PA en el teléfono móvil es el módulo SiP, que integra funciones como el amplificador de potencia multifrecuencia, el control de potencia y el interruptor del transceptor. El segundo es la electrónica automotriz, incluido el empaquetado a nivel del sistema de dispositivos de potencia y el radar. El tercero es la interconexión (Wi-Fi / Bluetooth), MEMS / sensores, módulos de cámara, etc. en electrónica de consumo. Sin embargo, no tome Kirin 990 5G, MediaTek 1000 y Qualcomm 765 como SiP, todos son SoC.
Jane y fan
Problemas como la densidad de potencia y la disipación de calor han plagado los procesos tradicionales de los chips, así como perturbaciones en los bloqueos de cableado, retrasos RC, electromigración, descargas electrostáticas e interferencias electromagnéticas. La aparición de SiP ha traído nuevas ideas para resolver estos problemas.
Por ejemplo, los módulos analógicos que son sensibles al ruido digital y los efectos térmicos se pueden mantener a distancia de los módulos digitales. En segundo lugar, todos los módulos y chiplets (chips pequeños) están en un paquete para formar una IP grande, lo que hace que la reutilización de IP sea simple. Finalmente, al aumentar el diámetro de las conexiones entre los chips y acortar la distancia de transmisión de la señal, se puede mejorar el rendimiento y se puede reducir el consumo de energía, lo que a su vez puede reducir la potencia requerida para conducir estas señales.
La tecnología SiP se está desarrollando rápidamente y ha formado muchas implementaciones diferentes. Si se distingue de acuerdo con la disposición de los módulos, se puede dividir aproximadamente en un paquete 2D plano y una estructura de paquete 3D. En comparación con el embalaje 2D, el uso de la tecnología de embalaje 3D apilado puede aumentar el número de obleas o módulos utilizados, aumentando así el número de capas que se pueden colocar en la dirección vertical, mejorando aún más la integración funcional de la tecnología SIP. En SiP, puede usar uniones de cables simples, Flip Chip o una combinación de ambos.
Además, también puede usar el sustrato multifuncional para integrar los componentes: los diferentes componentes están integrados en el sustrato multifuncional para lograr el propósito de la integración funcional. Los diferentes arreglos de chips, combinados con diferentes tecnologías de unión interna, hacen que el paquete SIP forme una variedad de combinaciones, y se puede personalizar o producir de manera flexible de acuerdo con las necesidades de los clientes o productos.
Muchos fabricantes de semiconductores tienen su propia tecnología SiP, y los nombres pueden ser diferentes. Por ejemplo, Intel se llama EMIB y TSMC se llama SoIC. Pero los expertos de la industria señalan que estas son tecnologías SiP, y la diferencia radica en la tecnología de proceso. Tomemos a TSMC como ejemplo, utiliza equipos de semiconductores para hacer el proceso de empaque. Las ventajas de la tecnología SiP de TSMC son los empaques a nivel de oblea. La tecnología es madura y el rendimiento es alto, lo que es difícil de lograr para los fabricantes de empaques y pruebas comunes.
Perseguir y superar
Dado que es una tendencia irreversible, cada fábrica de empaque y prueba está desarrollando su propia tecnología SiP. Sin embargo, esta no es una tarea fácil. "Los conceptos de SiP son fáciles de entender, pero el diseño y el proceso son complicados, y la tecnología de gama alta no es fácil de dominar". El experto en semiconductores Mo Dakang dijo a los periodistas.
Las plantas de envasado y prueba necesitan dominar la tecnología SiP, de hecho, deben aprender una variedad de tecnologías de envasado. Como la tecnología de unión de alambre de arco ultra bajo, la tecnología de unión de alambre de paso estrecho, la nueva tecnología de unión de chip (DAF, FOW, etc.), los nuevos materiales de unión de alambre, la tecnología de golpe de chip de cobre de pilar estrecho y micro-topetón Tecnología (Micro Bumping). Además, el empaque de abanico a nivel de oblea (FOWLP), el empaque apilado TSV con tecnología TSV (grabado y relleno), los procesos de adelgazamiento y recableado de obleas, el apilamiento de chips / obleas como tecnologías centrales también son necesarios para dominar. Sin años de acumulación, SiP no es algo que se pueda jugar casualmente.
Sun Moonlight, de Taiwán, es uno de los primeros inversores de SiP en una planta de envasado y pruebas. También es una de las plantas de envasado más extensas con tecnología de envasado a nivel de sistema, que cubre casi diez tecnologías de envasado, incluidos FCBGA, FOCoS y 2.5D. Especialmente gracias al gran pedido de Apple, los ingresos de empaquetado a nivel de sistema de Sun Moonlight han crecido a una tasa de cientos de millones de dólares en los últimos años.
En China continental, donde la mayor concentración mundial de plantas de envasado y prueba, Changdian Technology, Tongfu Microelectronics y Huatian Technology se han clasificado entre las diez mejores del mundo durante muchos años. En términos de SiP, ¿cuál es el nivel general de la parte continental? "El nivel más alto no está lejos del nivel líder internacional". Sun Yuanfeng, analista jefe de Huaxi Electronics, dijo. Además afirmó que "Changdian Korea, una subsidiaria de Changdian Technology, está desplegando activamente el negocio de sistema en paquete (SiP) y ha entrado en la cadena de suministro de productos finales de teléfonos móviles y dispositivos portátiles en Corea del Sur. Los clientes incluyen Samsung y LG ".
Las compañías nacionales comenzaron en el campo de SiP no muy tarde. En los últimos años, a través de fusiones y adquisiciones, han acumulado rápidamente tecnología avanzada de embalaje, y la plataforma tecnológica se ha sincronizado básicamente con los fabricantes extranjeros. Por ejemplo, Changdian Technology United Industry Fund y Chipden Semiconductor adquirieron la planta de envasado y pruebas de Singapur Xingke Jinpeng, que posee tecnologías de envasado avanzadas como WLSCP, SiP, PoP, y ha logrado la producción en masa. Sin embargo, los ingresos generales por embalaje avanzado como porcentaje de los ingresos totales todavía tienen una cierta brecha con Taiwán y los Estados Unidos.
Todavía hay una pregunta: ¿la industria nacional de chips hace uso completo de estas plataformas tecnológicas? "Muchas empresas lo están utilizando, la mayoría de ellos son relativamente de baja gama, simplemente sellado". Zhang Yunxiang, director de inversiones de Tibet Lemerus Venture Capital Co., Ltd. señaló.
"SiP requiere una variedad de chips para armar. Estos chips a menudo no son producidos por un solo fabricante. No es fácil recolectar Wafer de tantos fabricantes. Las grandes empresas como Apple tienen ese atractivo, y generalmente las pequeñas y medianas empresas No hay forma de hacerlo ", explicó.
Afortunadamente, la situación ha cambiado gradualmente. A medida que aumenta el número de chips nacionales y mejora el rendimiento, este tipo de pánico de chips se alivia lentamente. Con la producción en masa de memoria desarrollada de forma independiente en el futuro, y la implementación comercial 5G, AIoT e innovación en electrónica automotriz, la explosión de la tecnología SiP ha entrado en la cuenta regresiva.