堆棧封裝技術(shù)是微電子組裝技術(shù)向著輕、薄、小發(fā)展的必然產(chǎn)物。堆棧封裝包括封裝內(nèi)封裝(PiP)、芯片級封裝(SoC)、系統(tǒng)級封裝(SiP)和封裝級系統(tǒng)(SoP)等。在這些封裝中,最受關(guān)注的是SoC和SiP。特別是,SoC尚未成熟,SiP的出現(xiàn)讓大家有概念操作的嫌疑。
綜合各種觀點(diǎn),我們發(fā)現(xiàn):SiP絕非SoC的“新瓶裝老酒”,因?yàn)榍罢咧貞?yīng)用,更可以化為產(chǎn)品;后者重技術(shù),特別是芯片工藝。SoC技術(shù)可以運(yùn)用在通訊芯片、多媒體芯片上,SiP則可應(yīng)用到系統(tǒng)整合的產(chǎn)品中。
事實(shí)上,SoC與SiP的目標(biāo),都是要在同一芯片中整合多種系統(tǒng)功能,只不過前者是以半導(dǎo)體前段制程的電路設(shè)計(jì)來完成,后者則是由后段封裝技術(shù)來達(dá)到。只是,后來的問題在于,當(dāng)SoC發(fā)展到深次微米以下先進(jìn)制程后,對設(shè)計(jì)工作的挑戰(zhàn)日益提升;不僅研發(fā)時(shí)間至少要一年半以上,所需研發(fā)費(fèi)用更是大幅攀升,尤其在射頻(RF:Radio Frequency)電路、傳感器、驅(qū)動(dòng)器,甚至被動(dòng)組件等異質(zhì)(Heterogeneous)組件整合,面臨了相當(dāng)大的技術(shù)瓶頸。
歐美半導(dǎo)體業(yè)界早在十多年前,便已經(jīng)有了SiP這種異質(zhì)整合的觀念,只是互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS:Complementary Metal-Oxide Semiconductor)的發(fā)展日新月異,SoC也得以跟隨摩爾定律的腳步不斷演進(jìn),即使晶體管的數(shù)量增加兩倍,芯片價(jià)格仍然持續(xù)下滑,CMOS逐漸成為半導(dǎo)體解決方案的主流技術(shù)。然而,近年來消費(fèi)性電子產(chǎn)品與無線通信功能逐步結(jié)合,移動(dòng)通訊產(chǎn)品也彷佛是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī),可攜式電子產(chǎn)品結(jié)合了更多的多媒體影音設(shè)計(jì),整體發(fā)展朝向功能整合前進(jìn)。當(dāng)面對輕薄短小的外形與產(chǎn)品快速上市的要求,SoC的瓶頸一一浮現(xiàn)。
在這種情況下,SiP具有設(shè)計(jì)開發(fā)彈性,以及尺寸優(yōu)勢。舉例來看,移動(dòng)電話內(nèi)存容量關(guān)乎其功能的增減,但手機(jī)多媒體應(yīng)用日多卻又同時(shí)要求輕薄短小,內(nèi)存芯片所能占用的系統(tǒng)空間愈來愈小,故如何將內(nèi)存堆棧(stack)成一顆多芯片封裝(MCP:Multi-Chip Packaging),把兩個(gè)原本不同封裝且占用較大體積的內(nèi)存整合而大幅縮減體積,甚或整合內(nèi)存與處理器芯片,以節(jié)省空間而達(dá)到輕薄短小的目的,便更顯其重要性。而SiP乃植基于SoC,透過將芯片堆;虿⑴牛╯ide-by-side),便可快速整合成SiP方案,產(chǎn)品開發(fā)速度也較SoC更為快速。
SiP讓設(shè)計(jì)更為簡單,可以加速開發(fā)時(shí)程,也擁有尺寸優(yōu)勢。當(dāng)然,SiP的制造成本或許較SoC為高,因?yàn)槿粢詥我唤M件而言,SiP必須使用較多的基板,還有組裝與測試費(fèi)用,自然墊高其成本;但是,SiP的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間遠(yuǎn)較SoC為短,而高度整合又可減少印刷電路(PCB)尺寸與層數(shù),整體材料清單(BOM)成本也隨之降低;更重要的是,SiP對于抑制電磁干擾(EMI)的效果較好,客戶可以減少工程時(shí)間的耗費(fèi),SiP產(chǎn)品的銷售價(jià)值將較SoC高出許多。
整合來看,SiP省去基板、導(dǎo)線架、終端測試等制程與材料,對客戶來說,成本自然將顯著降低。然而,SiP主要是以IC后段封裝制程技術(shù)為基礎(chǔ),和以IC前端制程技術(shù)為基礎(chǔ)的SoC,自有其不同,但SiP的發(fā)展也并非毫無問題──或者,更正確的說法,應(yīng)該是還需要一些其他技術(shù)的輔助,讓SiP技術(shù)與產(chǎn)品優(yōu)化。
相較于傳統(tǒng)的打線接合法,由于SiP的應(yīng)用范圍極廣,它對材料的穩(wěn)定和可靠性的要求極為嚴(yán)苛,但隨著被動(dòng)組件的使用數(shù)量愈來愈多,如何更有效地埋入基底,便成為SiP技術(shù)的重要課題,而透過硅穿透(TSV:Through Silicon Via)封裝技術(shù),可解決芯片互連的問題,這將是應(yīng)用到SiP的重要技術(shù)之一。
從產(chǎn)品應(yīng)用面來看,SiP產(chǎn)品已普遍應(yīng)用于移動(dòng)電話手機(jī)、數(shù)字相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA:Personal Digital Assistant)、筆記本電腦(Notebook)等便攜設(shè)備之中,下一步還將應(yīng)用于數(shù)字電視與安全領(lǐng)域。