环旭电子分享微小化系统级封装解决方案的典型应用

NEPCON China 2025

环旭电子分享微小化系统级封装解决方案的典型应用

近日，NEPCON China 2025 在上海世博展览馆隆重开幕，众多行业专家及业界人士齐聚一堂，共同探讨最新行业趋势，分享前沿研究成果与创新理念。近日，在“ICPF 2.5D和3D及先进封装技术及应用大会上”，环旭电子微小化创新研发中心 (Miniaturization Competence Center) AVP 沈里正博士发表了精采演讲，为与会者带来了深刻的行业洞见。

微小化系统级封装解决方案的典型应用

沈博士演讲伊始简要介绍了环旭的相关背景，环旭隶属于日月光旗下，在整个日月光集团中，环旭的核心职能是提供从封装到模组、整合测试的全方位解决方案，希望通过创新为客户带来更高的产业价值。随后，沈博士以“微小化系统级封装解决方案的典型应用”为主题，深入探讨了微小化技术典范转移、系统封装应用实例与挑战，破坏性创新解决方案和未来展望。

首先，沈博士带领大家回顾了SiP技术的发展历程。最早，SiP技术起源于1980年代，由IBM提出并应用于数据中心等大型计算设备，以解决系统规模和性能问题。2000年左右，随着移动设备的普及，SiP因手机功能增加和尺寸受限而广泛应用，成为移动设备小型化的关键驱动力。此外，SiP的供应链也日益成熟，特别是外包(Outsource)模式的普及。技术不断发展，从简单的Wi-Fi模块、复杂度较低的IoT应用，扩展到更复杂的2.5D/3D封装，大约从2000年开始，配套技术如倒装芯片(Flip Chip)等也逐步发展并成熟。

展望2020年之后，传统的SoC(System on Chip)将众多功能集成在一颗芯片上，但随着摩尔定律趋缓，以及异质集成(Heterogeneous Integration)的需求增加，出现了Chiplet的概念，将不同功能的小芯片集成。另一方面，系统集成商为了实现产品的小型化，也开始更多地采用先进封装技术和材料。封装技术变得越来越复杂，从简单的单芯片封装发展到多芯片集成、堆叠、TSV甚至CPO等。同时，系统设计者为了解决散热、信号完整性、电源分配等问题，也开始将更多封装层面的技术融入到系统设计中。系统的组装技术正在向封装化演进。

终端产品功能复杂化对算力和集成度要求不断提升，同时芯片管脚(pitch)越来越小，引脚数量和密度越来越高，这导致整个设计的复杂性急剧增加。信号完整性和电源分配等问题也变得更加突出。而传统离散元器件方案面临设计复杂、成本高、上市慢等问题。如果每个产品都从零开始设计，开发周期将非常长。此外，不同功能的芯片技术发展速度不同步，很难全部集成到一颗SoC中。因此，模组化(Modularization)和微小化(Miniaturization)成为必然趋势。其优势在于提升整体效益、实现设计复用和缩短认证时间。从设计到最终上市时间的整体效益是关键考量点。许多设计可以重复使用，节省研发投入，并缩短认证时间。

接下来，沈博士分享了几个典型的应用案例及其面临的挑战。首先，以智能手机为例。为了实现手机的轻薄、高性能和美观，SiP技术至关重要。通过将多个元器件高度集成在一个模块中，实现了极致的小型化和高效能。第二个案例是智能手表，智能手表对小型化和集成度的要求极高，整个系统几乎都集成在一个SiP封装中，包含数百甚至上千个元器件。穿戴设备对重量和体积非常敏感，因此对轻薄短小的SiP技术有巨大需求。除了智能手表，智能眼镜、耳机等也大量应用了SiP技术。

在汽车领域，SiP有助于减轻电子模块重量、增加功能、并节省空间用于电池，从而提升续航里程。模组化也带来了灵活性，通过有限的模组组合出更多产品配置。例如自动驾驶、车联网、安全模块等，这些创新功能的实现，都离不开微小化和高集成度的SiP技术。先进的系统需要先进的封装技术来解决信号完整性、电源完整性、散热等问题。它们在缩短上市时间、提升可靠性和效能方面发挥着重要作用，帮助客户在上市时间、品质和最终成本方面达到最佳平衡。

然而，SiP也面临挑战：高集成度可能导致信号干扰、热管理和机械应力等问题;良率控制是重大挑战，在一个集成数百甚至上千个元器件的SiP模块中，即使每个元器件的单体良率极高，整体模块的累计失效率也会显著提升，单个高价值元器件失效可能导致整个模块报废，带来巨大损失;此外，复杂的SiP模块故障分析困难。这些是SiP技术在推广应用中需要克服的关键挑战。特别是在汽车等对可靠性要求极高的领域，如何确保先进封装在严苛环境下的长期可靠性仍需持续关注。

挑战往往带来新的机会。如果能在小型化先进封装下实现高良率和高可靠性，达到甚至超越传统分立元器件方案的水平，将获得显著优势。破坏性创新是抓住这些机会的关键，它不拘泥于现有技术路径，而是以可负担的成本实现可接受的品质。创新的核心在于提升产品价值或降低成本。真正的技术创新往往体现在如何用更有效的方法实现同等甚至更好的效果。除了持续性的技术升级，破坏性创新更在于技术突破。同时，积极寻找新的应用领域也是重要的创新方向，例如那些对成本或性能要求不像手机那么极致，或者从未考虑过采用SiP技术的领域。

以磁控胶囊内视镜为例，SiP技术成功解决了传统内视镜检查痛苦和胶囊内视镜无法精确导航的痛点。传统的内视镜检查痛苦且不适，且传统胶囊内视镜无法控制移动路径和角度。环旭与客户合作开发的磁控胶囊内视镜，实现了极致的小型化和性能提升，并结合外部磁力实现精确控制，大大提升了消化道检查的舒适性和有效性，将所有组件直接堆叠，消除了连接排线，最终实现的SiP模块尺寸非常小，提高了吞咽舒适度，并通过外部磁力实现精确导航和拍摄，甚至可以返回拍摄，这是传统胶囊无法做到的。整个检查过程快捷便利。

当前，Foundry、OSAT、EMS和系统厂商之间的界限正在模糊，各方都在向上下游拓展，提供更全面的增值服务。一些大型系统厂商也开始进入封装领域，希望掌握核心技术。市场竞争日益激烈，衡量成功的关键在于端到端(End-to-End)的总体成本和效益，即从设计、模拟、组装、测试、物流到售后的全流程优化。

SiP有两种不同的视角：封装导向(Package Oriented)注重极致的性能，从封装技术角度出发，提供特定的封装方案;系统导向(System Oriented)则更强调灵活性和快速响应，从系统应用角度出发，能够集成不同的IC、基板和元器件。关键在于准确识别客户需求，并提供最合适的技术和解决方案，而不是试图用单一方案解决所有问题。最后，微小化不仅是技术上的突破，它还能带来材料节省和废弃物减少，从而对环境更加友好，符合可持续发展的理念。

结语

沈里正博士的精彩分享，让在场听众对微小化系统级封装解决方案的典型应用有了更深入的了解。