什么是系统级封装(SiP)技术？

SiP 可以将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，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。

这么看来，SiP 和 SoC 极为相似，两者的区别是什么？

SiP 能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。对比 SoC，SiP 具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。而 SoC 发展至今，除了面临诸如技术瓶颈高、CMOS、DRAM、GaAs、SiGe 等不同制程整合不易、生产良率低等技术挑战尚待克服外，现阶段 SoC 生产成本高，以及其所需研发时间过长等因素，都造成 SoC 的发展面临瓶颈，也造就 SiP 的发展方向再次受到广泛的讨论与看好。

SiP 与其他封装形式又有何区别？

SiP 与 3D、Chiplet 的区别

Chiplet 可以使用更可靠和更便宜的技术制造，也不需要采用同样的工艺，同时较小的硅片本身也不太容易产生制造缺陷。不同工艺制造的 Chiplet 可以通过先进封装技术集成在一起。Chiplet 可以看成是一种硬核形式的 IP，但它是以芯片的形式提供的。

3D 封装就是将一颗原来需要一次性流片的大芯片，改为若干颗小面积的芯片，然后通过先进的封装工艺，即硅片层面的封装，将这些小面积的芯片组装成一颗大芯片，从而实现大芯片的功能和性能，其中采用的小面积芯片就是 Chiplet。

 因此，Chiplet 可以说是封装中的单元，先进封装是由 Chiplet /Chip 组成的，3D 是先进封装的工艺手段，SiP 则指代的是完成的封装整体。通过 3D 技术，SiP 可以实现更高的系统集成度，在更小的面积内封装更多的芯片。不过，是否采用了先进封装工艺，并不是 SiP 的关注重点，SiP 关注系统在封装内的实现。

SiP 与先进封装也有区别：SiP 的关注点在于系统在封装内的实现，所以系统是其重点关注的对象，和 SiP 系统级封装对应的为单芯片封装；

先进封装的关注点在于：封装技术和工艺的先进性，所以先进性的是其重点关注的对象，和先进封装对应的是传统封装。

SiP 封装并无一定形态，就芯片的排列方式而言，SiP 可为多芯片模块（Multi-chipModule；MCM）的平面式 2D 封装，也可再利用 3D 封装的结构，以有效缩减封装面积；而其内部接合技术可以是单纯地打线接合（WireBonding)，亦可使用覆晶接合（FlipChip)，但也可二者混用。除了 2D 与 3D 的封装结构外，另一种以多功能性基板整合组件的方式，也可纳入 SiP 的涵盖范围。此技术主要是将不同组件内藏于多功能基板中，亦可视为是 SiP 的概念，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 的应用场景

SiP 技术是一项先进的系统集成和封装技术，与其它封装技术相比较，SiP 技术具有一系列独特的技术优势，满足了当今电子产品更轻、更小和更薄的发展需求，在微电子领域具有广阔的应用市场和发展前景。

通信

SiP 在无线通信领域的应用最早，也是应用最为广泛的领域。在无线通讯领域，对于功能传输效率、噪声、体积、重量以及成本等多方面要求越来越高，迫使无线通讯向低成本、便携式、多功能和高性能等方向发展。SiP 是理想的解决方案，综合了现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势，降低成本，缩短上市时间，同时克服了 SOC 中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难度。手机中的射频功放，集成了频功放、功率控制及收发转换开关等功能，完整地在 SiP 中得到了解决。

汽车

汽车电子是 SiP 的重要应用场景。汽车电子里的 SiP 应用正在逐渐增加。以发动机控制单元（ECU）举例，ECU 由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。各类型的芯片之间工艺不同，目前较多采用 SiP 的方式将芯片整合在一起成为完整的控制系统。另外，汽车防抱死系统（ABS)、燃油喷射控制系统、安全气囊电子系统、方向盘控制系统、轮胎低气压报警系统等各个单元，采用 SiP 的形式也在不断增多。此外，SiP 技术在快速增长的车载办公系统和娱乐系统中也获得了成功的应用。

消费电子

目前 SiP 在电子产品里应用越来越多，尤其是 TWS 耳机、智能手表、UWB 等对小型化要求高的消费电子领域，不过占有比例最大的还是智能手机，占到了 70%。因为手机射频系统的不同零部件往往采用不同材料和工艺，包括硅，硅锗和砷化镓以及其他无源元件。目前的技术还不能将这些不同工艺技术制造的零部件集成在一块硅芯片上。但是 SiP 工艺却可以应用表面贴装技术 SMT 集成硅和砷化镓芯片，还可以采用嵌入式无源元件，非常经济有效地制成高性能 RF 系统。光电器件、MEMS 等特殊工艺器件的微小化也将大量应用 SiP 工艺。

SiP 发展的难点

随着 SiP 市场需求的增加，SiP 封装行业的痛点也开始凸显，例如无 SiP 行业标准，缺少内部裸片资源，SiP 研发和量产困难，SiP 模块和封装设计有难度。

由于 SiP 模组中集成了众多器件，假设每道工序良率有一点损失，叠乘后，整个模组的良率损失则会变得巨大，这对封装工艺提出了非常高的要求。并且 SiP 技术尚属初级阶段，虽有大量产品采用了 SiP 技术，不过其封装的技术含量不高，系统的构成与在 PCB 上的系统集成相似，无非是采用了未经封装的芯片通过 COB 技术与无源器件组合在一起，系统内的多数无源器件并没有集成到载体内，而是采用 SMT 分立器件。

厂商

目前从晶圆厂、OSAT 到 EMS，整个代工产业链已经积极投入到 SiP 技术的研发和实践中。

在全球范围内，SiP 厂商主要集中在中国的大陆和台湾地区，其次是美国和日本地区。中国大陆地区的 SiP 厂商主要有环旭电子、长电科技、立讯精密、闻泰科技、歌尔股份等；中国台湾地区的 SiP 厂商主要有日月光、矽品等；美国和日本地区的 SiP 厂商主要有安靠、村田等。

在苹果供应链中，Airpods、Apple Watch 和 iPhone 等电子产品对芯片的小型化有着更高的追求，带动更多苹果零部件供应商加快布局 SiP。

比如：全球系统级封装 SiP、可穿戴式电子产品制造领域的领先者—环旭电子，随着苹果 Apple Watch、智能手机中 SiP 的颗数的不断增加，不断加大研发，现在其 SiP 模组产品主要涉及 WiFi 模组、UWB 模组、AiP 模组、指纹辨识模组、智能穿戴用手表和耳机模组等。SiP 模组对公司 2021 年营收贡献更是达到了六成。随着汽车电子器件涉及大量的 MEMS 和传感器、电源、通信芯片、照明组件和处理器，汽车电子器件数量的增长，将推动封装市场的发展，是环旭电子接下来重点布局的领域。

正在为苹果提供 SiP 服务的还有系统组装商歌尔股份和立讯精密等厂商。歌尔和立讯精密作为智能终端的核心供货商，也是看到了 SiP 技术在这其中所起的作用，于是大力发展 SiP。歌尔和立讯精密两家发力 SiP 芯片封装技术，主要是为争夺苹果 AirPods 的代工订单。发展 SiP 业务，不仅可以使歌尔微拿下更多的 AirPods 订单，还可以使得其提供从设计到封测再到成品的一站式服务。而立讯精密作为苹果首家中国内陆代工厂商，正在为苹果的 AirPods 耳机构建芯片系统级封装 (SiP)，收获到高度的认可。

大陆地区的封装龙头长电科技也在紧紧追赶。通过收购星科金朋，长电获得了 SiP 技术，并可以与日月光相抗衡。长电科技重点发展几种类型的先进封装技术：首先就是 SiP，随着 5G 的部署加快，这类封装技术的应用范围将越来越广泛。其次是应用于 Chiplet SiP 的 2.5D/3D 封装，以及晶圆级封装，并且利用晶圆级技术在射频特性上的优势推进扇出型（Fan-Out）封装。

很多半导体厂商都有自己的 SiP 技术，命名方式各有不同。比如，英特尔叫 EMIB、台积电叫 SoIC。这些都是 SiP 技术，差别就在于制程工艺。

在智能手机领域，除射频模块外，通用单元电路小型化需求正推升 SiP 技术的采用率；可穿戴领域，闻泰已经在 TWS 耳机和智能手表上应用 SiP 技术。此外，该公司在电源、车载通讯方面也开始进行了 SiP 探索和开发实践，

除了消费电子的市场纷争之外，汽车 Tier 1 厂商德赛西威也在今年开始部署车规 SiP 业务。

写在最后

随着电子硬件不断演进，过去产品的成本随着电子硬件不断演进，性能优势面临发展瓶颈，而先进的半导体封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值，还有效降低成本。SiP 兼具低成本、低功耗、高性能、小型化和多元化的优势。

2021 年，全球 SiP 市场规模约为 150 亿美元；预计 2021-2026 年，全球 SiP 市场年均复合增长率将在 5.8% 左右，到 2026 年市场规模将达到 199 亿美元左右。受益于人工智能、物联网、5G 等产业快速发展，预计未来 5 年，可穿戴智能设备、IoT 物联网设备将会是推动全球 SiP 市场增长的重要动力。

目前全世界封装的产值只占集成电路总值的 10%，当 SiP 技术被封装企业掌握后，产业格局就要开始调整，封装业的产值将会出现一个跳跃式的提高。SiP 在应用终端产品领域（智能手表、TWS、手机、穿戴式产品、5G 模组、AI 模组、智能汽车）的爆发点也将愈来愈近。