堆栈封装技术是微电子组装技术向着轻、薄、小发展的必然产物。堆栈封装包括封装内封装(PiP)、芯片级封装(SoC)、系统级封装(SiP)和封装级系统(SoP)等。在这些封装中,最受关注的是SoC和SiP。特别是,SoC尚未成熟,SiP的出现让大家有概念操作的嫌疑。
综合各种观点,我们发现:SiP绝非SoC的“新瓶装老酒”,因为前者重应用,更可以化为产品;后者重技术,特别是芯片工艺。SoC技术可以运用在通讯芯片、多媒体芯片上,SiP则可应用到系统整合的产品中。
事实上,SoC与SiP的目标,都是要在同一芯片中整合多种系统功能,只不过前者是以半导体前段制程的电路设计来完成,后者则是由后段封装技术来达到。只是,后来的问题在于,当SoC发展到深次微米以下先进制程后,对设计工作的挑战日益提升;不仅研发时间至少要一年半以上,所需研发费用更是大幅攀升,尤其在射频(RF:Radio Frequency)电路、传感器、驱动器,甚至被动组件等异质(Heterogeneous)组件整合,面临了相当大的技术瓶颈。
欧美半导体业界早在十多年前,便已经有了SiP这种异质整合的观念,只是互补金属氧化半导体(CMOS:Complementary Metal-Oxide Semiconductor)的发展日新月异,SoC也得以跟随摩尔定律的脚步不断演进,即使晶体管的数量增加两倍,芯片价格仍然持续下滑,CMOS逐渐成为半导体解决方案的主流技术。然而,近年来消费性电子产品与无线通信功能逐步结合,移动通讯产品也彷佛是一台小型计算机,可携式电子产品结合了更多的多媒体影音设计,整体发展朝向功能整合前进。当面对轻薄短小的外形与产品快速上市的要求,SoC的瓶颈一一浮现。
在这种情况下,SiP具有设计开发弹性,以及尺寸优势。举例来看,移动电话内存容量关乎其功能的增减,但手机多媒体应用日多却又同时要求轻薄短小,内存芯片所能占用的系统空间愈来愈小,故如何将内存堆栈(stack)成一颗多芯片封装(MCP:Multi-Chip Packaging),把两个原本不同封装且占用较大体积的内存整合而大幅缩减体积,甚或整合内存与处理器芯片,以节省空间而达到轻薄短小的目的,便更显其重要性。而SiP乃植基于SoC,透过将芯片堆栈或并排(side-by-side),便可快速整合成SiP方案,产品开发速度也较SoC更为快速。
SiP让设计更为简单,可以加速开发时程,也拥有尺寸优势。当然,SiP的制造成本或许较SoC为高,因为若以单一组件而言,SiP必须使用较多的基板,还有组装与测试费用,自然垫高其成本;但是,SiP的产品开发时间远较SoC为短,而高度整合又可减少印刷电路(PCB)尺寸与层数,整体材料清单(BOM)成本也随之降低;更重要的是,SiP对于抑制电磁干扰(EMI)的效果较好,客户可以减少工程时间的耗费,SiP产品的销售价值将较SoC高出许多。
整合来看,SiP省去基板、导线架、终端测试等制程与材料,对客户来说,成本自然将显着降低。然而,SiP主要是以IC后段封装制程技术为基础,和以IC前端制程技术为基础的SoC,自有其不同,但SiP的发展也并非毫无问题──或者,更正确的说法,应该是还需要一些其他技术的辅助,让SiP技术与产品优化。
相较于传统的打线接合法,由于SiP的应用范围极广,它对材料的稳定和可靠性的要求极为严苛,但随着被动组件的使用数量愈来愈多,如何更有效地埋入基底,便成为SiP技术的重要课题,而透过硅穿透(TSV:Through Silicon Via)封装技术,可解决芯片互连的问题,这将是应用到SiP的重要技术之一。
从产品应用面来看,SiP产品已普遍应用于移动电话手机、数字相机、个人数字助理(PDA:Personal Digital Assistant)、笔记本电脑(Notebook)等便携设备之中,下一步还将应用于数字电视与安全领域。