NEPCON China 2025

環旭電子分享微小化系統級封裝解決方案的典型應用

近日，NEPCON China 2025 在上海世博展覽館隆重開幕，眾多行業專家及業界人士齊聚一堂，共同探討最新行業趨勢，分享前沿研究成果與創新理念。近日，在“ICPF 2.5D和3D及先進封裝技術及應用大會上”，環旭電子微小化創新研發中心 (Miniaturization Competence Center) AVP 沈里正博士發表了精采演講，為與會者帶來了深刻的行業洞見。

微小化系統級封裝解決方案的典型應用

沈博士演講伊始簡要介紹了環旭的相關背景，環旭隸屬于日月光旗下，在整個日月光集團中，環旭的核心職能是提供從封裝到模組、整合測試的全方位解決方案，希望通過創新為客戶帶來更高的產業價值。隨后，沈博士以“微小化系統級封裝解決方案的典型應用”為主題，深入探討了微小化技術典范轉移、系統封裝應用實例與挑戰，破壞性創新解決方案和未來展望。

首先，沈博士帶領大家回顧了SiP技術的發展歷程。最早，SiP技術起源于1980年代，由IBM提出并應用于數據中心等大型計算設備，以解決系統規模和性能問題。2000年左右，隨著移動設備的普及，SiP因手機功能增加和尺寸受限而廣泛應用，成為移動設備小型化的關鍵驅動力。此外，SiP的供應鏈也日益成熟，特別是外包(Outsource)模式的普及。技術不斷發展，從簡單的Wi-Fi模塊、復雜度較低的IoT應用，擴展到更復雜的2.5D/3D封裝，大約從2000年開始，配套技術如倒裝芯片(Flip Chip)等也逐步發展并成熟。

展望2020年之后，傳統的SoC(System on Chip)將眾多功能集成在一顆芯片上，但隨著摩爾定律趨緩，以及異質集成(Heterogeneous Integration)的需求增加，出現了Chiplet的概念，將不同功能的小芯片集成。另一方面，系統集成商為了實現產品的小型化，也開始更多地采用先進封裝技術和材料。封裝技術變得越來越復雜，從簡單的單芯片封裝發展到多芯片集成、堆疊、TSV甚至CPO等。同時，系統設計者為了解決散熱、信號完整性、電源分配等問題，也開始將更多封裝層面的技術融入到系統設計中。系統的組裝技術正在向封裝化演進。

終端產品功能復雜化對算力和集成度要求不斷提升，同時芯片管腳(pitch)越來越小，引腳數量和密度越來越高，這導致整個設計的復雜性急劇增加。信號完整性和電源分配等問題也變得更加突出。而傳統離散元器件方案面臨設計復雜、成本高、上市慢等問題。如果每個產品都從零開始設計，開發周期將非常長。此外，不同功能的芯片技術發展速度不同步，很難全部集成到一顆SoC中。因此，模組化(Modularization)和微小化(Miniaturization)成為必然趨勢。其優勢在于提升整體效益、實現設計復用和縮短認證時間。從設計到最終上市時間的整體效益是關鍵考量點。許多設計可以重復使用，節省研發投入，并縮短認證時間。

接下來，沈博士分享了幾個典型的應用案例及其面臨的挑戰。首先，以智能手機為例。為了實現手機的輕薄、高性能和美觀，SiP技術至關重要。通過將多個元器件高度集成在一個模塊中，實現了極致的小型化和高效能。第二個案例是智能手表，智能手表對小型化和集成度的要求極高，整個系統幾乎都集成在一個SiP封裝中，包含數百甚至上千個元器件。穿戴設備對重量和體積非常敏感，因此對輕薄短小的SiP技術有巨大需求。除了智能手表，智能眼鏡、耳機等也大量應用了SiP技術。

在汽車領域，SiP有助于減輕電子模塊重量、增加功能、并節省空間用于電池，從而提升續航里程。模組化也帶來了靈活性，通過有限的模組組合出更多產品配置。例如自動駕駛、車聯網、安全模塊等，這些創新功能的實現，都離不開微小化和高集成度的SiP技術。先進的系統需要先進的封裝技術來解決信號完整性、電源完整性、散熱等問題。它們在縮短上市時間、提升可靠性和效能方面發揮著重要作用，幫助客戶在上市時間、品質和最終成本方面達到最佳平衡。

然而，SiP也面臨挑戰：高集成度可能導致信號干擾、熱管理和機械應力等問題;良率控制是重大挑戰，在一個集成數百甚至上千個元器件的SiP模塊中，即使每個元器件的單體良率極高，整體模塊的累計失效率也會顯著提升，單個高價值元器件失效可能導致整個模塊報廢，帶來巨大損失;此外，復雜的SiP模塊故障分析困難。這些是SiP技術在推廣應用中需要克服的關鍵挑戰。特別是在汽車等對可靠性要求極高的領域，如何確保先進封裝在嚴苛環境下的長期可靠性仍需持續關注。

挑戰往往帶來新的機會。如果能在小型化先進封裝下實現高良率和高可靠性，達到甚至超越傳統分立元器件方案的水平，將獲得顯著優勢。破壞性創新是抓住這些機會的關鍵，它不拘泥于現有技術路徑，而是以可負擔的成本實現可接受的品質。創新的核心在于提升產品價值或降低成本。真正的技術創新往往體現在如何用更有效的方法實現同等甚至更好的效果。除了持續性的技術升級，破壞性創新更在于技術突破。同時，積極尋找新的應用領域也是重要的創新方向，例如那些對成本或性能要求不像手機那么極致，或者從未考慮過采用SiP技術的領域。

以磁控膠囊內視鏡為例，SiP技術成功解決了傳統內視鏡檢查痛苦和膠囊內視鏡無法精確導航的痛點。傳統的內視鏡檢查痛苦且不適，且傳統膠囊內視鏡無法控制移動路徑和角度。環旭與客戶合作開發的磁控膠囊內視鏡，實現了極致的小型化和性能提升，并結合外部磁力實現精確控制，大大提升了消化道檢查的舒適性和有效性，將所有組件直接堆疊，消除了連接排線，最終實現的SiP模塊尺寸非常小，提高了吞咽舒適度，并通過外部磁力實現精確導航和拍攝，甚至可以返回拍攝，這是傳統膠囊無法做到的。整個檢查過程快捷便利。

當前，Foundry、OSAT、EMS和系統廠商之間的界限正在模糊，各方都在向上下游拓展，提供更全面的增值服務。一些大型系統廠商也開始進入封裝領域，希望掌握核心技術。市場競爭日益激烈，衡量成功的關鍵在于端到端(End-to-End)的總體成本和效益，即從設計、模擬、組裝、測試、物流到售后的全流程優化。

SiP有兩種不同的視角：封裝導向(Package Oriented)注重極致的性能，從封裝技術角度出發，提供特定的封裝方案;系統導向(System Oriented)則更強調靈活性和快速響應，從系統應用角度出發，能夠集成不同的IC、基板和元器件。關鍵在于準確識別客戶需求，并提供最合適的技術和解決方案，而不是試圖用單一方案解決所有問題。最后，微小化不僅是技術上的突破，它還能帶來材料節省和廢棄物減少，從而對環境更加友好，符合可持續發展的理念。

結語

沈里正博士的精彩分享，讓在場聽眾對微小化系統級封裝解決方案的典型應用有了更深入的了解。