SoC封装技术与SIP封装技术之经典比较

随着物联网时代来临，全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计，因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SIP技术日益受到关注。除了既有的封测大厂积极扩大SIP制造产能外，晶圆代工业者与IC基板厂也竞相投入此一技术，以满足市场需求。

 

早前，苹果发布了最新的apple watch手表，里面用到SIP封装芯片，从尺寸和性能上为新手表增色不少。而芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律)，转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律)。

 

根据国际半导体路线组织（ITRS）的定义：SIP为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或者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。

 

SIP定义

 

从架构上来讲，SIP 是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等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。

 

SOC定义

 

将原本不同功能的IC，整合在一颗芯片中。藉由这个方法，不单可以缩小体积，还可以缩小不同IC 间的距离，提升芯片的计算速度。SOC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。

 

SOC与SIP之比较

 

自集成电路器件的封装从单个组件的开发，进入到多个组件的集成后，随着产品效能的提升以及对轻薄和低耗需求的带动下，迈向封装整合的新阶段。在此发展方向的引导下，形成了电子产业上相关的两大新主流：系统单芯片SOC（System on Chip）与系统化封装SIP（System in a Package）。

 

SOC与SIP是极为相似，两者均将一个包含逻辑组件、内存组件，甚至包含被动组件的系统，整合在一个单位中。

 

SOC是从设计的角度出发，是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。

 

SIP是从封装的立场出发，对不同芯片进行并排或叠加的封装方式，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或者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。

 

构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺，前者包括PCB、LTCC、Silicon Submount（其本身也可以是一块IC），后者包括传统封装工艺（Wire bond和Flip Chip）和SMT设备。无源器件是SIP的一个重要组成部分，如传统的电容、电阻、电感等，其中一些可以与载体集成为一体，另一些如精度高、Q值高、数值高的电感、电容等通过SMT组装在载体上。

 

 

SIP封装

 

从集成度而言，一般情况下，SOC只集成AP之类的逻辑系统，而SiP集成了AP+mobile DDR，某种程度上说SIP=SOC+DDR，随着将来集成度越来越高，emmc也很有可能会集成到SIP中。

 

从封装发展的角度来看，因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下，SOC曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SOC生产成本越来越高，频频遭遇技术障碍，造成SoC的发展面临瓶颈，进而使SIP的发展越来越被业界重视。

 

SIP的封装形态

 

SIP封装技术采取多种裸芯片或模块进行排列组装，若就排列方式进行区分可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装，采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而内部接合技术可以是单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。

 

另外，除了2D与3D的封装结构外，还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装形态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

 

 

SIP的技术难点

 

SIP的主流封装形式是BGA，但这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了SIP技术。

 

对于电路设计而言，三维芯片封装将有多个裸片堆叠，如此复杂的封装设计将带来很多问题：比如多芯片集成在一个封装内，芯片如何堆叠起来；再比如复杂的走线需要多层基板，用传统的工具很难布通走线；还有走线之间的间距，等长设计，差分对设计等问题。

 

 

此外，随着模块复杂度的增加和工作频率（时钟频率或载波频率）的提高，系统设计的难度会不断增加，设计者除具备必要的设计经验外，系统性能的数值仿真也是必不可少的设计环节。

 

SOC与SIP技术趋势

 

从集成度而言，一般情况下，SOC 只集成AP 之类的逻辑系统，而SIP 集成了AP+mobileDDR，某种程度上说SIP=SOC+DDR，随着将来集成度越来越高，emmc也很有可能会集成到SIP 中。从封装发展的角度来看，因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下，SOC 曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SOC生产成本越来越高，频频遭遇技术障碍，造成SOC 的发展面临瓶颈，进而使SIP 的发展越来越被业界重视。