先進封裝概念火熱，SiP與Chiplet成“左膀右臂”

電子發燒友網報道（文/吳子鵬）后摩爾定律時代，如何在不依賴價格昂貴的先進制程的情況下顯著提升芯片的性能，成為行業共同關注的話題。此時，封裝在整個產業中的戰略地位凸顯出來，從傳統的倒裝和晶圓級封裝，逐漸擴充到了扇出型封裝、3D封裝、SiP（系統級封裝）等方式，后面幾種都是先進封裝的代表性技術。

SiP封裝的全稱為System In a Package系統級封裝，將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。SiP和SoC雖然都是集成，但是兩者有著明顯的差別，后者是從芯片設計角度出發，是摩爾定律的延續，SiP則是從封裝角度出發，是超越摩爾定律的重要路徑。按照從屬關系，SoC是SiP的一部分。我們都知道，蘋果公司的Apple Watch和AirPods都是SiP封裝技術的受益者。

隨著SiP封裝的作用越來越被認可，目前布局的廠商維度也變得更加多元化，比如消費電子產業鏈中的代工廠和組裝廠，汽車產業鏈中的Tier 1級供應商，傳統的半導體封裝企業等等。那么廠商如何看待和布局SiP封裝技術？而SiP封裝和熱門技術Chiplet又有怎樣的關系？在由博聞創意主辦的第六屆中國系統級封裝大會-蘇州站上，相關專家對于SiP封裝技術的發展發表了自己的觀點。

SiP封裝技術的定位和效果

蘋果公司在初代Apple Watch便開始使用SiP封裝技術，并取得了積極的效果。據悉，在Apple Watch中，共包含了大概900多個電子元器件，通過SiP封裝技術，蘋果將CPU、記憶體、音頻、觸控、電源管理、WiFi、NFC等獨立的功能器件綜合在一起。在Apple Watch Series 6 中，蘋果通過 SiP 封裝技術集成了一顆蘋果 A13 應用處理器和一些其他功能的處理器。

那么，到底什么樣的應用應該采用SiP封裝技術？或者說SiP封裝技術可以應用的方向有哪些？紫光展銳（上海）科技有限公司封裝系統架構部部長陳思談到了SiP封裝技術的定位。

“SiP封裝技術最好的特點是靈活性，可以根據需求來設計產品。SiP封裝技術是集成電路其中的一個發展方向，它是通過先進封裝的技術達到性能、尺寸和功耗等方面的平衡。和SoC相比，SoC由于將數模元件都集成到一個die上，其集成度和電性能都會更高，但成本隨著工藝精進越來越高。且隨著單一die的尺寸變大，SoC的良率也是一個極大的挑戰?！?陳思表示，“而SoC面臨的兩大挑戰，恰恰是SiP封裝的優點。SiP封裝能夠將數模分開，可以在數字邏輯部分選擇使用先進制程，在模擬部分使用成熟制程，系統成本更低，上市周期更短?！?br />
通過紫光展銳SiP封裝產品和普通模組產品的對比，陳思講到了一些SiP封裝的應用效果，其中SiP封裝的優勢為：

·更靈活的系統設計；
·更高的空間利用率；
·更簡潔的系統；
·更快的上市時間；
·更高的性能；
·更高的可靠性。

采用SiP封裝之后達到的效果為：

·產品多樣性；
·減小45%的模組面積；
·產品設計環節極大減少；
·提前4個月上市；
·RF性能提高；
·可靠性提高。

陳思指出，SiP封裝發展需要三大支撐，也就是業務開展的“鐵三角”，分別是多樣化的客戶、全面的技術和大量的人才。

先進封裝之hybrid bonding技術

剛剛已經提到目前全球很多公司都在布局SiP封裝技術，不過大家入局的角度不同，比如很有代表性的是，臺積電推出的是先進封裝解決方案，其中的代表技術為3DFabric技術，由前端和后端技術組成，包括TSMC-SoIC、CoWoS和InFO。

為什么在晶圓代工方面獨領風騷的臺積電還要入局先進封裝呢？這項技術到底有什么好處呢？我們能夠從國際半導體產業協會（SEMI）高級總監張文達的分享中找到部分答案。

他表示，“封裝近幾年是一個異軍突起的狀態。從2D封裝逐步進化到3D封裝的過程中，引腳的密度越來越高，作為摩爾定律的延伸，先進封裝的關注點已經從摩爾定律時單位面積的晶體管數量轉變為現在的單位面積上的連接點數量?！?br />
張文達指出，目前SEMI先進封裝方面比較關注hybrid bonding這樣技術，中文釋義為混合鍵合技術。很多從業者都知道英特爾也在密切關注這項技術的發展，2021年6月，英特爾院士、封裝研究與系統解決方案總監Johanna Swan在解讀英特爾封裝技術路線圖時專門提到，“從標準封裝到嵌入式橋接時，凸點間距從100微米變為55-36微米。到Foveros封裝時，英特爾將芯片堆疊在一起，實現橫向和縱向的互連，凸點間距大概是50微米。未來，英特爾將通過采用Hybrid Bonding技術，計劃實現小于10微米的凸點間距?！焙苊黠@，這是和張文達上面的解讀是不謀而合的。

“Hybrid Bonding技術讓器件之間的數據交互不再需要通過內部的總線和外部的總線走很大一圈，可以實現‘樓上’與‘樓下’的快速通信，使得片內的帶寬得到巨量的提升；其次，Hybrid Bonding技術能夠支持芯片在很高的頻率下運行；還有一點是Hybrid Bonding技術讓芯片不再使用有機材料，散熱能力得到了大幅提升?！?張文達在此提到。

Chiplet需要全新的EDA工具

在先進封裝的概念下，有兩個分支概念的發展是格外受到重視的，一個是上述提到的SiP封裝，另一個則是Chiplet。目前，Chiplet的未來發展路線還在規劃中，但是作為先進封裝的一種延伸，Chiplet在部分從業者眼中，也被認為是一種SiP技術。當然，在技術高速筑基和發展階段，為其定調還為時過早。不過，目前Chiplet的一些技術優勢已經顯露出來。

芯和半導體科技（上海）有限公司聯合創始人、高級副總裁代文亮表示，Chiplet是模塊化SoC的興起，主要的優勢包括能夠使用更小的芯片獲得更高的良率，超越光罩的限制；在相關芯片的最佳節點上能夠混合和匹配小芯片；Chiplet具有可重用性和更低的成本，能夠達到更佳的性能。

基于以上的優勢和特點，他指出，Chiplet需要一個全新的EDA設計工具，這個EDA工具要能夠實現幾方面的功能。

首先是在架構方面，適用于Chiplet的EDA工具需要能夠實現系統級連接，可以做到堆棧管理，支持層次化設計。

其次是在物理實現方面，適用于Chiplet的EDA工具需要有協同設計環境，可以實現跨領域的工程變更，支持多芯片3D布局規劃和布線，擁有一個統一的數據庫。

第三是在分析方面，適用于Chiplet的EDA工具可以完成片上、封裝電磁分析，支持芯片封裝聯合仿真，可以進行多物理分析，能夠與布局布線工具無縫集成。

最后是在驗證方面，適用于Chiplet的EDA工具支持芯片工藝約束、封裝制造設計規則、芯片3D封裝約束和芯片數據通信協議等。

深圳市奇普樂芯片技術有限公司CEO許榮峰談到了Chiplet應用落地的可行性探索，他也是認可Chiplet技術其實就是一種SiP技術，是SiP技術的再發展。他認為，2.5D和3D封裝技術是Chiplet技術的集大成者，目前相關工藝已經成熟。相較于過往SiP技術更加強調載板，Chiplet技術的關鍵是中介層，針對不同的應用，方案設計只需要更新中介層即可。

今年上半年，芯片制造商英特爾、臺積電、三星聯合日月光、AMD、ARM、高通、谷歌、微軟、Meta(Facebook)等十家行業巨頭共同宣布，成立小芯片（Chiplet）聯盟，并推出一個全新的通用芯片互聯標準——Ucle。許榮峰也特別提到了這個聯盟，并認為未來的20年將會是Chiplet發展的“黃金二十年”。他指出，“Chiplet并不是先進制程的延續，很多功能單元會停留在最適合它的工藝節點上，Chiplet要做的就是根據相關協議標準將不同公司的芯片裸die封裝起來，形成一個新的多功能芯片，這是Chiplet給市場帶來的改變，給半導體行業帶來了一個新的設計芯片的方法論?！?br />
“Chiplet將原來芯片產業從設計、制造、封裝到客戶這樣的產業鏈改變為從客戶的需求到封裝，再到制造這樣一個全新的產業鏈。在Ucle聯盟中有谷歌、微軟、Meta三家公司，他們是站在客戶的角度思考Chiplet應該如何被利用。當前我們看到的是Chiplet 1.0，只是SoC的一種延續，而Chiplet 2.0會利用小芯片從軟件到硬件去設計芯片，讓芯片更加接近市場，讓客戶定制他們所需要的芯片?！?許榮峰講到。

同時，他也強調，Chiplet需要全新的EDA設計工具。

寫在最后

目前正處于芯片產業的變革時代，超越摩爾的聲音越來越大，SiP技術和Chiplet會越來越受到重視，會不斷涌現出更新的技術來支持先進封裝的發展，并不斷形成全行業的標準體系，讓芯片產業進入一個新的階段。