NEPCON China 2025

環(huán)旭電子分享微小化系統(tǒng)級封裝解決方案的典型應(yīng)用

近日，NEPCON China 2025 在上海世博展覽館隆重開幕，眾多行業(yè)專家及業(yè)界人士齊聚一堂，共同探討最新行業(yè)趨勢，分享前沿研究成果與創(chuàng)新理念。近日，在“ICPF 2.5D和3D及先進(jìn)封裝技術(shù)及應(yīng)用大會上”，環(huán)旭電子微小化創(chuàng)新研發(fā)中心 (Miniaturization Competence Center) AVP 沈里正博士發(fā)表了精采演講，為與會者帶來了深刻的行業(yè)洞見。

微小化系統(tǒng)級封裝解決方案的典型應(yīng)用

沈博士演講伊始簡要介紹了環(huán)旭的相關(guān)背景，環(huán)旭隸屬于日月光旗下，在整個(gè)日月光集團(tuán)中，環(huán)旭的核心職能是提供從封裝到模組、整合測試的全方位解決方案，希望通過創(chuàng)新為客戶帶來更高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。隨后，沈博士以“微小化系統(tǒng)級封裝解決方案的典型應(yīng)用”為主題，深入探討了微小化技術(shù)典范轉(zhuǎn)移、系統(tǒng)封裝應(yīng)用實(shí)例與挑戰(zhàn)，破壞性創(chuàng)新解決方案和未來展望。

首先，沈博士帶領(lǐng)大家回顧了SiP技術(shù)的發(fā)展歷程。最早，SiP技術(shù)起源于1980年代，由IBM提出并應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心等大型計(jì)算設(shè)備，以解決系統(tǒng)規(guī)模和性能問題。2000年左右，隨著移動設(shè)備的普及，SiP因手機(jī)功能增加和尺寸受限而廣泛應(yīng)用，成為移動設(shè)備小型化的關(guān)鍵驅(qū)動力。此外，SiP的供應(yīng)鏈也日益成熟，特別是外包(Outsource)模式的普及。技術(shù)不斷發(fā)展，從簡單的Wi-Fi模塊、復(fù)雜度較低的IoT應(yīng)用，擴(kuò)展到更復(fù)雜的2.5D/3D封裝，大約從2000年開始，配套技術(shù)如倒裝芯片(Flip Chip)等也逐步發(fā)展并成熟。

展望2020年之后，傳統(tǒng)的SoC(System on Chip)將眾多功能集成在一顆芯片上，但隨著摩爾定律趨緩，以及異質(zhì)集成(Heterogeneous Integration)的需求增加，出現(xiàn)了Chiplet的概念，將不同功能的小芯片集成。另一方面，系統(tǒng)集成商為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化，也開始更多地采用先進(jìn)封裝技術(shù)和材料。封裝技術(shù)變得越來越復(fù)雜，從簡單的單芯片封裝發(fā)展到多芯片集成、堆疊、TSV甚至CPO等。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者為了解決散熱、信號完整性、電源分配等問題，也開始將更多封裝層面的技術(shù)融入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。系統(tǒng)的組裝技術(shù)正在向封裝化演進(jìn)。

終端產(chǎn)品功能復(fù)雜化對算力和集成度要求不斷提升，同時(shí)芯片管腳(pitch)越來越小，引腳數(shù)量和密度越來越高，這導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性急劇增加。信號完整性和電源分配等問題也變得更加突出。而傳統(tǒng)離散元器件方案面臨設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本高、上市慢等問題。如果每個(gè)產(chǎn)品都從零開始設(shè)計(jì)，開發(fā)周期將非常長。此外，不同功能的芯片技術(shù)發(fā)展速度不同步，很難全部集成到一顆SoC中。因此，模組化(Modularization)和微小化(Miniaturization)成為必然趨勢。其優(yōu)勢在于提升整體效益、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)用和縮短認(rèn)證時(shí)間。從設(shè)計(jì)到最終上市時(shí)間的整體效益是關(guān)鍵考量點(diǎn)。許多設(shè)計(jì)可以重復(fù)使用，節(jié)省研發(fā)投入，并縮短認(rèn)證時(shí)間。

接下來，沈博士分享了幾個(gè)典型的應(yīng)用案例及其面臨的挑戰(zhàn)。首先，以智能手機(jī)為例。為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)的輕薄、高性能和美觀，SiP技術(shù)至關(guān)重要。通過將多個(gè)元器件高度集成在一個(gè)模塊中，實(shí)現(xiàn)了極致的小型化和高效能。第二個(gè)案例是智能手表，智能手表對小型化和集成度的要求極高，整個(gè)系統(tǒng)幾乎都集成在一個(gè)SiP封裝中，包含數(shù)百甚至上千個(gè)元器件。穿戴設(shè)備對重量和體積非常敏感，因此對輕薄短小的SiP技術(shù)有巨大需求。除了智能手表，智能眼鏡、耳機(jī)等也大量應(yīng)用了SiP技術(shù)。

在汽車領(lǐng)域，SiP有助于減輕電子模塊重量、增加功能、并節(jié)省空間用于電池，從而提升續(xù)航里程。模組化也帶來了靈活性，通過有限的模組組合出更多產(chǎn)品配置。例如自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、安全模塊等，這些創(chuàng)新功能的實(shí)現(xiàn)，都離不開微小化和高集成度的SiP技術(shù)。先進(jìn)的系統(tǒng)需要先進(jìn)的封裝技術(shù)來解決信號完整性、電源完整性、散熱等問題。它們在縮短上市時(shí)間、提升可靠性和效能方面發(fā)揮著重要作用，幫助客戶在上市時(shí)間、品質(zhì)和最終成本方面達(dá)到最佳平衡。

然而，SiP也面臨挑戰(zhàn)：高集成度可能導(dǎo)致信號干擾、熱管理和機(jī)械應(yīng)力等問題;良率控制是重大挑戰(zhàn)，在一個(gè)集成數(shù)百甚至上千個(gè)元器件的SiP模塊中，即使每個(gè)元器件的單體良率極高，整體模塊的累計(jì)失效率也會顯著提升，單個(gè)高價(jià)值元器件失效可能導(dǎo)致整個(gè)模塊報(bào)廢，帶來巨大損失;此外，復(fù)雜的SiP模塊故障分析困難。這些是SiP技術(shù)在推廣應(yīng)用中需要克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。特別是在汽車等對可靠性要求極高的領(lǐng)域，如何確保先進(jìn)封裝在嚴(yán)苛環(huán)境下的長期可靠性仍需持續(xù)關(guān)注。

挑戰(zhàn)往往帶來新的機(jī)會。如果能在小型化先進(jìn)封裝下實(shí)現(xiàn)高良率和高可靠性，達(dá)到甚至超越傳統(tǒng)分立元器件方案的水平，將獲得顯著優(yōu)勢。破壞性創(chuàng)新是抓住這些機(jī)會的關(guān)鍵，它不拘泥于現(xiàn)有技術(shù)路徑，而是以可負(fù)擔(dān)的成本實(shí)現(xiàn)可接受的品質(zhì)。創(chuàng)新的核心在于提升產(chǎn)品價(jià)值或降低成本。真正的技術(shù)創(chuàng)新往往體現(xiàn)在如何用更有效的方法實(shí)現(xiàn)同等甚至更好的效果。除了持續(xù)性的技術(shù)升級，破壞性創(chuàng)新更在于技術(shù)突破。同時(shí)，積極尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域也是重要的創(chuàng)新方向，例如那些對成本或性能要求不像手機(jī)那么極致，或者從未考慮過采用SiP技術(shù)的領(lǐng)域。

以磁控膠囊內(nèi)視鏡為例，SiP技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)內(nèi)視鏡檢查痛苦和膠囊內(nèi)視鏡無法精確導(dǎo)航的痛點(diǎn)。傳統(tǒng)的內(nèi)視鏡檢查痛苦且不適，且傳統(tǒng)膠囊內(nèi)視鏡無法控制移動路徑和角度。環(huán)旭與客戶合作開發(fā)的磁控膠囊內(nèi)視鏡，實(shí)現(xiàn)了極致的小型化和性能提升，并結(jié)合外部磁力實(shí)現(xiàn)精確控制，大大提升了消化道檢查的舒適性和有效性，將所有組件直接堆疊，消除了連接排線，最終實(shí)現(xiàn)的SiP模塊尺寸非常小，提高了吞咽舒適度，并通過外部磁力實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航和拍攝，甚至可以返回拍攝，這是傳統(tǒng)膠囊無法做到的。整個(gè)檢查過程快捷便利。

當(dāng)前，F(xiàn)oundry、OSAT、EMS和系統(tǒng)廠商之間的界限正在模糊，各方都在向上下游拓展，提供更全面的增值服務(wù)。一些大型系統(tǒng)廠商也開始進(jìn)入封裝領(lǐng)域，希望掌握核心技術(shù)。市場競爭日益激烈，衡量成功的關(guān)鍵在于端到端(End-to-End)的總體成本和效益，即從設(shè)計(jì)、模擬、組裝、測試、物流到售后的全流程優(yōu)化。

SiP有兩種不同的視角：封裝導(dǎo)向(Package Oriented)注重極致的性能，從封裝技術(shù)角度出發(fā)，提供特定的封裝方案;系統(tǒng)導(dǎo)向(System Oriented)則更強(qiáng)調(diào)靈活性和快速響應(yīng)，從系統(tǒng)應(yīng)用角度出發(fā)，能夠集成不同的IC、基板和元器件。關(guān)鍵在于準(zhǔn)確識別客戶需求，并提供最合適的技術(shù)和解決方案，而不是試圖用單一方案解決所有問題。最后，微小化不僅是技術(shù)上的突破，它還能帶來材料節(jié)省和廢棄物減少，從而對環(huán)境更加友好，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

結(jié)語

沈里正博士的精彩分享，讓在場聽眾對微小化系統(tǒng)級封裝解決方案的典型應(yīng)用有了更深入的了解。