系统级封装(SiP)在5G和IOT时代的新机遇
华为、小米、OPPO、VIVO、三星相继发布5G手机,5G手机的销量超预期,毫米波5G手机将增加对SiP的需求;苹果AirPods新增降噪功能,继Applewatch以后,也采用SiP技术。
手机轻薄化和高性能需求推动系统级整合:
手机用户需要性能持续提升和功能不断增加,及携带的便利性,这两个相互制约的因素影响着过去10多年智能手机的更新换代过程。电子工程逐渐由单个组件开发到集成多个组件,再迈向系统级整合,提升性能,节省空间,并优化续航能力。电子制造行业之前形成晶圆制造、封测和系统组装三个泾渭分明的环节,随着消费电子产品集成度的提升,部分模组、甚至系统的组装跟封测环节在工艺上产生了重叠,业务上产生了竞争或协同。
5G将提升手机的SiP需求:
当前大范围采用SiP的手机仅有iPhone,5G手机将集成更多射频前端等零部件,在5GSub-6方案中,更先进的双面SiP获得运用。在5G毫米波方案中,集成阵列天线和射频前端的AiP模组将成为主流技术路线。高通已经商用5G毫米波天线模组AiP标准品,每部手机采用三个该模组。天线的效能因手机的外观设计、手机内部空间限制及天线旁边的结构或基板材质不同,会有很大的差异。标准化的AiP天线模组很难满足不同手机厂商的不同需求,苹果等厂商有望根据自己手机的设计开发自有的订制化AiP天线模组。仅仅苹果的AiP需求有望在3年后达到数十亿美元。在未来,SiP有望整合基带等更多的零部件,进一步提升手机的集成度。高通已成功商业化QSiP模组,将应用处理器、射频前端和内存等400多个零部件放在一个模组中,大大减少主板的空间需求。QSiP工艺也大幅简化手机的设计和制造流程、节省成本和开发时间,并加快整机厂的商业化时间。
苹果穿戴式产品积极运用SiP工艺:
穿戴式产品是苹果高度重视的IoT产品,AppleWatch、AirPods两大产品销量持续高增长。AppleWatch功能复杂,自2015年第一代产品就一直采用SiP工艺。其SiP模组集成手表的大部分功能器件在1mm厚度的狭小空间中,包括:CPU、存储、音频、触控、电源管理、WiFi、NFC等30余个独立功能组件,20多个芯片,800多个元器件。10月底发布的AirPodsPro具有主动降噪功能,需要集成更多零部件,也采用了SiP技术,有望带来数十亿美元的SiP需求。穿戴式产品因为便携性和美观度的考虑,空间非常有限,但用户对于穿戴式产品功能的丰富度要求日益提升,SiP技术将大有可为。
一、轻薄化与高性能需求推动模组化和系统级整合
手机轻薄化和高性能需求推动系统级整合。
手机用户既需要手机性能持续提升、功能不断增加,也需要携带的便利性,这两个相互制约的因素影响着过去10多年智能手机的更新换代过程:1)轻薄化。以iPhone手机为例,从最早机身厚度的约12mm,到iPhoneXS的7.5mm,然而iPhone11的厚度增加到8.5mm。2)功能增加、性能提升。手机逐步增加了多摄像头、NFC移动支付、双卡槽、指纹识别、多电芯、人脸解锁、ToF等新功能,各个零部件的性能也持续提升,这些功能的拓展与性能提升导致组件数量日益增加,占用了更多的手机内部空间,同时也需要消耗更多的电能。然而,手机的锂电池能量密度提升缓慢。因此,节省空间的模组化和系统级整合成为趋势。
部分手机厂商已发布成品机型,但5G功能的实现对手机“轻薄”外观带来明显挑战,甚至功耗也不容小觑。
早在2018年8月联想就已发布5G手机MOTOZ3,但其5G功能依赖挂载于手机背部、且自带2000mAh电池的5G模块。今年2月底三星正式发布5G版S10,时隔不久华为也于3月正式发布折叠屏5G手机MateX,其中华为MateX由于机身展开厚度仅5.4mm,最后只能将徕卡三摄、5G基带以及4组5G天线放置在侧边凸起。从以上几款手机来看,5G功能的实现还是对手机的“轻薄”外观提出了明显的挑战,甚至功耗也不容小觑。
功能整合形成系统级芯片SoC和系统级封装SiP两大主流。
两者目标都是在同一产品中实现多种系统功能的高度整合,其中SoC从设计和制造工艺的角度,借助传统摩尔定律驱动下的半导体芯片制程工艺,将一个系统所需功能组件整合到一块芯片,而SiP则从封装和组装的角度,借助后段先进封装和高精度SMT工艺,将不同集成电路工艺制造的若干裸芯片和微型无源器件集成到同一个小型基板,并形成具有系统功能的高性能微型组件。
受限于摩尔定律的极限,单位面积可集....
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