智芯研报 | SiP如何为摩尔定律续命？

第三代半导体联合创新孵化中心 2021年6月7日浏览：1649

脱离摩尔定律发展规律，SiP将成为超越摩尔定律的杀手锏，在5G、人工智能、数据中心、高性能计算等领域发挥重要作用。

近年来，摩尔定律逐渐进入难以提升的“红区”，集成电路也逐渐走到发展的瓶颈期。为进一步提升集成电路系统性能、降低成本依赖、提升功能密度，先进封装技术正朝着高密度、高性能、低成本的方向发展。

图：摩尔定律曲线

三十年前，封装标准还是金属封装、塑料封装、陶瓷封装。如今，先进封装已经进入了“寒武纪”，各种封装模式层出不穷。先进封装技术主要分为两大类，一类是基于XY平面延伸，主要通过再分布层（RDL）进行信号延伸和互联，包括倒装芯片（Flip Chip）、扇出型晶圆级封装（FOWLP）、扇出型面板级封装（FOPLP）等。另一类是基于Z轴延伸，通过硅通孔（TSV）进行信号延伸和互联，包括硅通孔（TSV）技术、衬底晶圆级芯片封装（CoWoS）等。

其中，SiP（系统级封装）成为后摩尔时代实现超高密度和多功能集成的关键技术，在5G、人工智能、数据中心、高性能计算等领域发挥重要作用。5月21日，第五届中国系统级封装大会在上海召开，来自SiP上下游的厂商进行了专业的技术交流，共同探讨SiP未来的发展趋势与技术演进。

SiP持续创新

SiP技术应用广泛，采用SiP技术的产品应用场景囊括了智能手表、智能眼镜、TWS耳机等可穿戴设备，5G、AI等物联网相关应用，以及智能汽车等多个领域。

《USI&ASE系统级封装技术发展路线图》环旭电子赵健

从低端到高端，终端应用中的各种I/O和封装尺寸中都可以找到SiP技术的身影。芯片的高度集成化要求SiP封装不断迭代升级，以满足高性能和低时间成本的异构集成需求。在移动前端和高性能计算（HPC）市场，SiP封装技术不断推进和革新。异构集成和Chiplets（小芯片）也逐渐成为推动高性能计算发展的关键技术。

图：SiP封装模式

图：SiP封装技术发展路线

超越摩尔定律

摩尔定律发展至今，半导体工艺制程已经接近物理极限，由此分散出两条道路：摩尔定律和超越摩尔定律。SoC（片上系统）是将所有电子元器件集成到一个芯片上，以组成独立运行的系统，它将继续沿用摩尔定律，朝更加小型化方向缓慢发展。SiP则是将多种功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能/系统，是超越摩尔定律的重要路径。

根据国际半导体路线组织（ITRS）的定义，SiP是指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、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，形成一个系统或者子系统。

超越摩尔定律将芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升，转向更加务实多样的市场需求满足。集成电路及系统复杂度不断增加，封装集成度不断上升，未来芯片的发展方向应该是SoC与SiP深度融合，赋能系统更高的性能和价值。