系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)從20世紀(jì)90年代初提出到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，已經(jīng)能被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛接受，成為電子技術(shù)研究新熱點(diǎn)和技術(shù)應(yīng)用的主要方向之一，并認(rèn)為它代表了今后電子技術(shù)發(fā)展的方向，這些年來(lái)SiP封裝技術(shù)在不斷的創(chuàng)新中得到了長(zhǎng)足發(fā)展，逐漸形成了自己的技術(shù)體系，值得從事相關(guān)技術(shù)行業(yè)的技術(shù)人員和學(xué)者進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。

SiP定義

SiP(System in Package )系統(tǒng)級(jí)封裝，通過(guò)使用3D-MCM立體組裝技術(shù)，將多個(gè)芯片和可能的無(wú)源元件集成在同一封裝內(nèi)，形成具有一個(gè)電子系統(tǒng)的整體或主要部分功能的模塊，具備較高的性能密度、更高的集成度、更小的成本和更大的靈活性，從而達(dá)到性能、體積和重量等指標(biāo)的最佳組合，是一項(xiàng)綜合性的微電子技術(shù)。

隨著產(chǎn)品效能的提升，輕薄和低耗的需求帶動(dòng)下，邁向封裝整合的新階段。在此發(fā)展方向的引導(dǎo)下，形成了電子產(chǎn)業(yè)上相關(guān)的兩大新主流：系統(tǒng)單芯片SoC(System on Chip)與系統(tǒng)化封裝SiP。從封裝發(fā)展的角度來(lái)看，SiP是SoC封裝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。集成電路器件的封裝，從單個(gè)組件（如IC）的開(kāi)發(fā)，進(jìn)入到多個(gè)組件的集結(jié)（如多個(gè)IC組合成系統(tǒng)）。

SoC與SiP是極為相似，兩者均希望將一個(gè)包含邏輯組件、內(nèi)存組件，甚至包含被動(dòng)組件的系統(tǒng)，整合在一個(gè)單位中。然而就發(fā)展的方向來(lái)說(shuō)，兩者卻是大大的不同：SoC是在設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，目的在將一個(gè)系統(tǒng)所需的組件，整合于一芯片上；而SiP則是由封裝的立場(chǎng)發(fā)展，將不同功能的芯片整合于一電子構(gòu)裝中。

在未來(lái)電子產(chǎn)品在體積、處理速度或電性特性各方面的需求考量下，SoC確為未來(lái)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與發(fā)展方向。但SoC發(fā)展至今，除了面臨諸如技術(shù)瓶頸高、CMOS、DRAM、GaAs、SiGe等不同制程整合不易、生產(chǎn)良率低等技術(shù)挑戰(zhàn)尚待克服外，現(xiàn)階段SoC生產(chǎn)成本高，以及其所需研發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等因素，都造成SoC的發(fā)展面臨瓶頸，也造就SiP的發(fā)展方向再次受到廣泛地討論與看好。

SiP封裝并無(wú)一定型態(tài)，就芯片的排列方式而言，SiP可為多芯片模塊(Multi-chip Module；MCM)的平面式2D封裝，也可再利用3D封裝的結(jié)構(gòu)，以有效縮減封裝面積；而其內(nèi)部接合技術(shù)可以是單純的打線接合(Wire Bonding)，亦可使用覆晶接合(FlipChip)，但也可二者混用。

不同的芯片排列方式，與不同的內(nèi)部接合技術(shù)搭配，使SiP的封裝型態(tài)產(chǎn)生多樣化的組合，并可依照客戶或產(chǎn)品的需求加以客制化或彈性生產(chǎn)。

SiP封裝可將其它如被動(dòng)組件，以及天線等系統(tǒng)所需的組件整合于單一構(gòu)裝中，使其更具完整的系統(tǒng)功能。由應(yīng)用產(chǎn)品的觀點(diǎn)來(lái)看，SiP更適用于低成本、小面積、高頻高速，以及生產(chǎn)周期短的電子產(chǎn)品上，尤其如功率放大器(PA)、全球定位系統(tǒng)、藍(lán)芽模塊(Bluetooth)、影像感測(cè)模塊、記憶卡等可攜式產(chǎn)品市場(chǎng)。以長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃而言，SoC的發(fā)展將能有效改善未來(lái)電子產(chǎn)品的效能要求，而其所適用之封裝型態(tài)，也將以能提供更好效能之覆晶技術(shù)為發(fā)展主軸；相較于SoC的發(fā)展，SiP則將更適用于成本敏感性高的通訊用及消費(fèi)性產(chǎn)品市場(chǎng)。

SiP研究的必要性

SiP立體封裝技術(shù)滿足我國(guó)航空

航天對(duì)高端器件的迫切需求

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是以高科技武器裝備為基礎(chǔ)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，軍用電子信息處理系統(tǒng)是裝備信息化、智能化、一體化發(fā)展的重要支撐，通過(guò)對(duì)型號(hào)電子系統(tǒng)的高度“優(yōu)化、提煉和濃縮”，通過(guò)系統(tǒng)、芯片與工藝的協(xié)同設(shè)計(jì)使其在功能、性能密度、體積、重量和可靠性等方面得以大幅度提升，是電子系統(tǒng)升級(jí)換代、自主可控的“精髓”所在，對(duì)武器裝備作戰(zhàn)性能具有舉足輕重的作用。

特別是在世界新軍事變革深入發(fā)展，作戰(zhàn)模式逐步轉(zhuǎn)向以突防為主，對(duì)電子信息處理系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)、高實(shí)時(shí)運(yùn)行模式下，提出了超高的性能體積比等要求，進(jìn)而對(duì)信息微系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造提出了更高要求。

（1）SiP產(chǎn)品對(duì)航天工程的重要意義

空間正在成為越來(lái)越重要的國(guó)家利益領(lǐng)域，是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，與此同時(shí)，非接觸式戰(zhàn)爭(zhēng)或信息戰(zhàn)也正在成為一種重要的戰(zhàn)爭(zhēng)模式。航天裝備尤其是衛(wèi)星裝備則是信息戰(zhàn)的主體組成部分，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，微小衛(wèi)星具有“快、好、省”的特點(diǎn)，在局部區(qū)域具有明顯優(yōu)勢(shì)，是衛(wèi)星領(lǐng)域具有明顯戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急優(yōu)勢(shì)的重要武器裝備。

星載電子系統(tǒng)在微小衛(wèi)星中具有舉足輕重地位，微小衛(wèi)星的編組飛行、導(dǎo)航控制、數(shù)據(jù)管理與測(cè)控通信，都必須要有星載電子系統(tǒng)做保障。而星載電子系統(tǒng)體積和重量直接關(guān)系到發(fā)射成本和衛(wèi)星在軌工作壽命。

經(jīng)測(cè)算，衛(wèi)星在500km~700km高度的軌道上運(yùn)行一年，每噸載荷重量需要燃料約80g；也就是說(shuō)，電子系統(tǒng)每減少80g重量用以裝載燃料，就會(huì)為衛(wèi)星多提供一年的運(yùn)行壽命保障。

對(duì)于運(yùn)載火箭而言，入軌成本約為20萬(wàn)元/kg，采用SiP產(chǎn)品，可以有效減少運(yùn)載火箭自身的重量，減低入軌成本；運(yùn)載火箭單次發(fā)射成本約為2000萬(wàn)，通過(guò)SiP技術(shù)可以縮減衛(wèi)星的重量，在同等運(yùn)載能力下，實(shí)現(xiàn)一箭雙星或一箭多星，從而大幅降低單顆衛(wèi)星的入軌成本。

（2）SiP產(chǎn)品對(duì)武器裝備的重要意義

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中武器系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)是提高打擊精度、提高毀傷效果和降低附帶損害，同時(shí)降低己方人員、裝備被敵方發(fā)現(xiàn)的幾率，具有信息化爭(zhēng)奪、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和智能化決策等特點(diǎn)，因此需要每個(gè)處于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都需要具有探測(cè)感知、信息處理、數(shù)據(jù)傳輸和指令執(zhí)行多種或全部能力。由于SiP產(chǎn)品集成了探測(cè)、通訊、處理、執(zhí)行甚至能源等部分或全部功能，能極大的降低了武器裝備體積和重量，在極其有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更快的運(yùn)算速度，可以廣泛應(yīng)用于控制、導(dǎo)航、制導(dǎo)、計(jì)算組件、數(shù)據(jù)鏈、單兵裝備和智能終端等多個(gè)領(lǐng)域，有效的滿足未來(lái)作戰(zhàn)新模式的需要，從而對(duì)武器裝備的發(fā)展起到倍增器的作用。

SiP技術(shù)助力打造

生活化可穿戴設(shè)備

SiP封裝技術(shù)并不是工業(yè)應(yīng)用的專利，其實(shí)以手機(jī)為代表的小型消費(fèi)類電子產(chǎn)品，都是SiP封裝技術(shù)的廣闊舞臺(tái)。移動(dòng)科技愈來(lái)愈多樣化，手表、眼鏡、手環(huán)、戒指、衣服等不同形態(tài)的貼身產(chǎn)品，除了是光鮮亮麗的配件外，在系統(tǒng)微型化技術(shù)的突破以及應(yīng)用軟體的整合下，能讓更多的智能功能隱藏于物件的原尺寸空間中。

系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）微型化技術(shù)能優(yōu)化可穿戴設(shè)備小尺寸特性，讓使用設(shè)備能更貼近日常生活使用情境。例如過(guò)去搭載微投影的可穿戴顯示器概念在10幾年前就有產(chǎn)品推出，不過(guò)設(shè)備體積過(guò)大，再加上網(wǎng)路尚未發(fā)達(dá)及沒(méi)有適合的搭配平臺(tái)，因此在當(dāng)時(shí)未成為亮點(diǎn)產(chǎn)品。如今運(yùn)用SiP系統(tǒng)微型化設(shè)計(jì)，能整合多樣的功能在可穿戴設(shè)備上，在不改變外觀條件下，又能增加產(chǎn)品的可攜性、無(wú)線化及即時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，以創(chuàng)造出具智能化的使用價(jià)值，而SiP也成為可穿戴設(shè)備進(jìn)入生活化的核心技術(shù)。

目前系統(tǒng)廠在設(shè)計(jì)智能可穿戴設(shè)備時(shí)，主要面臨的挑戰(zhàn)是如何將眾多的需求功能全部放入極小的空間內(nèi)。以智能眼鏡為例，在硬體設(shè)計(jì)部分就須要考量無(wú)線通訊、應(yīng)用處理器（AP）、儲(chǔ)存記憶體、攝影鏡頭、微投影顯示器、感應(yīng)器、麥克風(fēng)等主要元件特性及整合方式，也須評(píng)估在元件整合于系統(tǒng)板后的相容性及整體的運(yùn)作效能。而運(yùn)用SiP微型化系統(tǒng)整合，能以多元件整合方式，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并滿足設(shè)備微型化特色，對(duì)于同時(shí)要求尺寸、重量及多功能的穿戴型設(shè)備而言，能發(fā)揮極大助益。

發(fā)展中國(guó)特色SoC或SiP產(chǎn)品

應(yīng)將數(shù)字模擬混合電路（SoC或SiP）技術(shù)、新市場(chǎng)應(yīng)用的完整解決方案平臺(tái)工具技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化作為基本定位，以此作為產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的根本切入點(diǎn)。

迄今為止，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)定位沒(méi)有擺脫粗放式的跟蹤發(fā)展模式，從而造成技術(shù)創(chuàng)新、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等整體布局不清晰。同時(shí)，IT和IC兩大產(chǎn)業(yè)供需間關(guān)聯(lián)度小，缺乏具有中國(guó)特色的IC和IT產(chǎn)品的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)價(jià)值鏈體系。

為使中國(guó)IT和IC兩大產(chǎn)業(yè)不再成為全球新一代信息技術(shù)的追隨者，在2020年前，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)將數(shù)字模擬混合電路（SoC或SiP）技術(shù)、新市場(chǎng)應(yīng)用的完整解決方案平臺(tái)工具技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化作為基本定位，以此作為產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的根本切入點(diǎn)。

首先，基于目前我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，要想在2020年集成電路技術(shù)全面達(dá)到16nm～10nm工藝水平，甚至接近硅極限的7nm的世界頂級(jí)先進(jìn)技術(shù)水平，以及達(dá)到英特爾、臺(tái)積電、高通等的先進(jìn)設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體制程技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)規(guī)模，即使有強(qiáng)大的國(guó)家意志支持并提供良好的融資環(huán)境，也是不現(xiàn)實(shí)和難以實(shí)現(xiàn)的。

其次，數(shù)字模擬混合工藝需求仍強(qiáng)勁。我國(guó)雖在數(shù)字邏輯集成電路工藝技術(shù)方面落后于世界先進(jìn)水平，但是在數(shù)字模擬混合工藝技術(shù)上已踏入了世界先進(jìn)水平。今后7年，汽車電子和智能電網(wǎng)的高壓CMOS技術(shù)、新型顯示及半導(dǎo)體照明等控制驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)、醫(yī)療電子等的MEMS技術(shù)及其存儲(chǔ)控制技術(shù)，以及多媒體等應(yīng)用處理器技術(shù)，將會(huì)結(jié)合基于TSV的3D/2.5D半導(dǎo)體技術(shù)，繼續(xù)采用180nm～55nm的、16位/32位CPU/MCU-IP等適用技術(shù)。

我國(guó)包括通信、多媒體、信息家電和新型顯示在內(nèi)的IT制造業(yè)，形成了覆蓋芯片與終端、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。以華為公司為代表的中國(guó)企業(yè)已成為引領(lǐng)全球通信業(yè)發(fā)展的一支重要力量，在國(guó)際通信市場(chǎng)正掌握越來(lái)越多的話語(yǔ)權(quán)。

在通信、多媒體、信息家電、新型顯示和汽車電子乃至日益興起的智慧家庭、移動(dòng)醫(yī)療、智慧城市等領(lǐng)域，應(yīng)更好地憑借國(guó)家的重大專項(xiàng)和各級(jí)政府設(shè)立的重點(diǎn)工程，集聚國(guó)內(nèi)兩大產(chǎn)業(yè)“產(chǎn)學(xué)研用”的專家智慧，共同規(guī)劃、制定和部署具有中國(guó)特色、世界最先進(jìn)的數(shù)字模擬混合工藝技術(shù)及其SoC或SiP產(chǎn)品開(kāi)發(fā)路線圖，創(chuàng)造出新的“殺手锏”的數(shù)字模擬混合電路，在世界集成電路產(chǎn)業(yè)占有一席之地。

（本文來(lái)源：SiP產(chǎn)品平臺(tái)）

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