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8月初，Yole發(fā)布2021系統(tǒng)級封裝技術和市場趨勢報告，分析了封裝行業(yè)的最新動向，指出SiP（系統(tǒng)級封裝）技術平臺有助于發(fā)揮設計和供應鏈敏捷性，參與其中的IDM（垂直整合制造）、OSAT（外包半導體封測）和代工廠將引領處于技術最前沿的高端封裝優(yōu)勢，在“More than Moore（超摩爾定律）”的進程中扮演重要角色。
2020年不同類型廠商SiP市場份額
在廠商層面，2020年不到10家廠商瓜分了80%的SiP市場份額，門檻之高可見一斑。
2020年SiP市場份額
市場將是很好的證明
2021年，“SiP已經成為高端片芯到片芯（die-to-die）小芯片型（chiplet-type）先進集成中以同等最先進封裝工藝提升手機融合與功能的代名詞，”Yole半導體、存儲及計算事業(yè)部封裝技術及市場分析師Vaibhav Trivedi斷言。他補充道：“SiP平臺在整合技術的競爭中對實現‘超摩爾定律’至關重要，因為高端封裝仍處于技術的最前沿。”
Yole預計，SiP市場將從2020年140億美元增長到2026年190億美元。SiP產品系列包含高端和中端SiP器件，而這些針對計算和數據中心應用的器件比手機上的低端SiP利潤更高。高端SiP市場預計將在2020年和2026年之間增長9%（CAGR），手機中的低端RF SiP市場預計同期將略微增長5%（CAGR）。
SiP市場預測
Yole和逆向工程及成本核算公司System Plus Consulting還分析了主要手機制造商和供應商所選擇封裝技術的增值，共同展現了SiP技術和相關市場遠景，發(fā)現3D封裝正在改變半導體封裝的世界。
市場分析和預測
基于FC（倒裝芯片）和WB（引線鍵合）的SiP：預計將在2026年達到170億美元，復合年增長率為5%
ED（嵌入式片芯）SiP：預計將在2026年達到1.89億美元，復合年增長率為25%
FO（扇出）SiP：預計將在2026年達到16億美元，復合年增長率為6%
技術趨勢預測
FO平臺：被視為SiP的高端封裝選項之一
FC和IC基板：為了進一步擴大規(guī)模，行業(yè)需要強大的動力來開發(fā)新的基板處理技術
ED技術：在采用方面仍處于早期階段
供應鏈
過去五年中，SiP的生態(tài)系統(tǒng)已經成熟，大部分市場份額已整合到RF領域的頭部OSAT廠商，如ASE、Amkor和長電科技。這種整合將在未來幾年繼續(xù)下去。與2020年相比，上述三家2021年SiP業(yè)務收入預計將增加10-20%。
為什么需要SiP（技術層面）
在技術和路線圖方面，SiP平臺在生產更密集、更薄和更小外形器件的競爭中繼續(xù)推動著邊界。這些新工藝技術包括雙面注塑成型技術，消除了底部片芯的填充操作，從而提高了成本結構和制造效率。
在封裝創(chuàng)新方面，SiP組件是集成了各種AP（先進封裝）的平臺，支持有源和無源組件的集成。
SiP組件集成的各種AP平臺
SiP支持半導體行業(yè)的“MtM（時間測量方法）”異構集成路線圖，具體體現在以下幾個方面：
- 為系統(tǒng)設計者提供更大的靈活性：
混合和匹配IC技術有助于優(yōu)化每個功能塊的性能，降低成本。完全集成的SiP解決方案使設計人員能夠以最小的設計工作量在系統(tǒng)中實現藍牙或攝像頭模塊等附加功能。
- 更快的上市時間：
與SoC相比，不同的RF元件在在不同晶圓廠的不同節(jié)點上制造，縮短了上市時間。
- 更好的性能：
各種IC和無源元件緊密放置，線路長度更短，R、L、C損耗更低，有助于實現更高的信號完整性和更低的功耗。
- 降低系統(tǒng)成本：
與分立式封裝相比，優(yōu)化的SiP解決方案可降低總體系統(tǒng)成本。
- 小尺寸：
通過在單個SiP中集成多個片芯和無源元件來減小子系統(tǒng)尺寸。
- 可靠性：
與組裝在板上/PCB上的分立元件相比，焊點更好，因為SiP是模制的，可減輕接頭中的應力。
SiP是將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源元件，以及MEMS或光學器件等優(yōu)先組裝到一起，實現一定功能的單個標準封裝件，形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。在SiP組裝中需要使用各種流程模塊——SiP工具箱。
SiP工具箱
SiP市場和技術趨勢
按終端市場細分，SiP封裝單元的最大市場是移動和消費，主要是智能手機和帶有RF SiP的5G部署在推動容量的增長，因為更薄、更密集和更小仍然是主流趨勢。
SiP移動和消費市場趨勢
從終端設備看，移動和消費市場將呈現以下特點：
未來五年，可穿戴設備、Wi-Fi路由器和物聯(lián)網將在SiP市場空間獲得顯著增長，增長背后的主要驅動力是5G和傳感器。
隨著智能手表和SmarterBuds（智能無線耳機）應用的使用量飆升，可穿戴設備2020-2026年14%的復合年增長率仍然是一個關鍵驅動力，并正在成為取代智能手機的主要增長領域。
由于5G部署和使用新的封裝設計，智能手機和RF SiP封裝仍然是SiP增長的關鍵因素，例如使用更多“增值”服務的封裝天線，從外部天線到天線“外殼”，或從PCB上的天線到封裝天線；更高的組件數量、雙面成型、劃區(qū)屏蔽和共形屏蔽。
個人電腦仍處于緩慢增長軌道，短期內由于在家工作模式的流行，預計個人電腦的增長將高于“正常”增長。
還有其他市場，也是按終端設備劃分。
SiP其他市場趨勢
- 對于汽車和運輸，ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）和信息娛樂是主要驅動因素。盡管攝像頭只占很小一部分，但它的增長速度是最高的，預計ADAS單目、雙目和三目攝像頭都將采用SiP平臺。此外，VPU（視頻處理單元）和信息娛樂也需要計算能力。其大部分是MEMS（微機電系統(tǒng)）和傳感器，主要用于壓力、IMU（慣性傳感器）、光學MEMS、微測輻射熱計、振蕩器和環(huán)境傳感器等應用。
- 在醫(yī)療、工業(yè)、國防和航空航天等其他市場，SiP的規(guī)模要小得多——盡管機器人和物聯(lián)網相關應用的增長相當強勁。
按技術劃分，FC和WB SiP是最流行的SiP類型，也是行業(yè)中使用最多的。FO和ED SiP仍相對較新，用于較少的市場和較少的應用。
按技術劃分，超過90%的SiP封裝收入來自FC/WB SiP封裝。然而，SiP的最高增長歸功于ED，它仍然是一種正在進入不同市場的新興技術。
新的SiP全球商業(yè)模式
過去五年，SiP全球商業(yè)模式發(fā)生了重大變化。OSAT在過去一直占據主導地位，5-8年前，需求在SiP領域有所分散。然而，隨著手機、RF演進和5G部署的發(fā)展，SiP已經成熟，能夠有力地支持多個市場，首先是頭部OSAT主導的低端RF SiP市場由領先的原始設備制造商（如蘋果和三星）推動。
FC和WB SiP商業(yè)模式
隨著疫情大流行后的需求加速了全球基礎設施支出，高端SiP仍處于更高的增長軌道。多個細分市場的爆炸性增長促使IDM、代工廠、EMS（電子制造服務）工廠和OSAT在這個蓬勃發(fā)展的市場上展開競爭。在IC組裝/封裝和SMT技術方面，OSAT和EMS模型之間也存在SiP協(xié)同效應。
OSAT和EMS模型之間的SiP協(xié)同效應
ASE旗下的USI創(chuàng)造了ASE收入的很大一部分，并將在幾年內接近50%的收入。OSAT正在開發(fā)安裝50-100個無源SMT元件的能力，并管理幾年前還不熟悉的供應鏈。英特爾和三星等IDM正在推動混合片芯到片芯互連堆疊封裝，如英特爾的Foveros架構和三星的x-cube架構。在不久的將來，這些片芯到晶圓或片芯到片芯互連將趨向于混合鍵合，從而提高器件性能和帶寬。英特爾還計劃在2023年之前在7nm硅節(jié)點上推出一款Co-EMIB服務器產品。
三星先進封裝技術路線圖
高端SiP的這些進步將繼續(xù)存在，預計頭部IDM和代工廠將增加并購，以提高其在最佳性價比范圍內開發(fā)這些產品線的能力。
SiP的全球供應鏈已經變得很復雜，因為它跨越IDM、OSAT和代工廠。低端SiP業(yè)務（如RF SiP）由頭部OSAT（如ASE的SPIL、Amkor和JCET（長電科技））主導，而蘋果仍然是智能手機應用低端SiP領域SiP發(fā)展勢頭的最大驅動力之一。Amkor已在SiP平臺上投入了SiP專用的資本支出，宣布2021財年的預計總資本支出為7億美元，這是其過去4-5年中最大的資本支出年之一。Amkor將擴大其在韓國制造廠能力，SiP業(yè)務預計將增長20-30%。
SiP制造商和主要客戶
Amkor并不是唯一一家享受SiP業(yè)務增長的公司，ASE旗下的SPIL和USI在其SiP產品線中也獲得了顯著增長。ASE正在與低端SiP解決方案競爭，在低端SiP解決方案中，EMS可以發(fā)揮作用，同時，ASE也是基于OSAT的SiP業(yè)務，主要針對RF前端應用和5G芯片組的增長。
在封裝RF天線的發(fā)展過程中，出現了一個有趣的發(fā)展——OSAT增值服務，如雙面組裝、雙面成型以及帶有許多無源元件的劃區(qū)和共形屏蔽，提高了封裝價值，為OSAT帶來了更大的收入流。然而，考慮到SiP需求的廣度，市場仍然由一些頭部OSAT鞏固和主導，因為它們可以提供最佳的器件成本、可擴展性和可靠性。該業(yè)務仍然處于激烈的競爭當中，抑制了能力、經驗不足的新進入者。
關于扇出式SiP，臺積電在移動和服務器應用的InFO-x產品線中保持著主導地位。長電科技和ASE的SPIL還為高端應用提供了多芯片扇出模塊的健康組合。扇出式SiP封裝市場預計將以6%的復合年增長率增長，到2026年將成為一個16億美元以上的市場。
與扇出式SiP類似，嵌入式SiP的尺寸得到了TDK、Semco和ASE等利基廠商的支持，因為與傳統(tǒng)的基于倒裝芯片的方法相比，它提供了許多好處，例如更小的封裝占位面積、更好的信號傳輸和更好的熱管理，非常適合功率傳輸應用。嵌入式芯片SiP封裝有望在未來幾年內獲得發(fā)展，尤其是在汽車行業(yè)。
寫在最后：從“另類”走向流行
從2017年到現在，作為一種從封裝角度出發(fā)的“另類”解決方案，SiP得到了越來越多的關注。
SiP技術路線進展關鍵參數
今天，SiP已成為一種重要的先進封裝和系統(tǒng)集成技術，是未來電子產品小型化和多功能化的重要技術路線。我們也期待它能夠助超摩爾定律一臂之力。
