5G主流芯片SiP封装技术,超越摩尔定律凭什么方式做到?

2019-9-27 17:16 84 1

5G 已开始在多国商转。由于 5G 具有高频、高速等特性,处理 5G 信号的片也需要更高的运算效能,因此市场对 7纳米、5 纳米制程的片需求将会提升。

除了纳米制程,另一个值得关注的是封装技术。SoC(System on a Chip,系统单芯片)与 SiP(System in a Package,系统级封装)都是让片微型化的封装技术,但半导体产业界预测,SoC 的成本将节节上升,发展遇到瓶颈,而整合多种片的 SiP 技术逐渐受到正视,并有望超越摩尔定律。

手机为全球最重要的消费性电子产品,手机不光是内部零组件需求量庞大,再加上轻、薄、短、小的趋势,不断推动着半导体产业技术向前迈进。

手机芯片性能的提升、晶体管数量的增加、功耗 / 发热降低,都依赖半导体制程工艺的提高,而这几项因素也直接影响手机整体性能和使用体验。

因此近年来,手机厂商争相提升芯片的制程工艺。不过,在 5G 时代下,手机对芯片性能和功耗要求更高,使半导体向先进制程发展的步伐持续加速。

根据天风证券指出,全球智能手机在 2018 Q4 使用的 7nm 芯片比重从 Q3 的 10.5%,提升到 18.3%。

(资料来源: 天风证券)

目前麒麟 980、麒麟 810、苹果 A12、A13、骁龙 855 均采用的 7nm 技术。随着 5G 等新兴科技的发展,在 2020 年有机会进入 5nm 及以下的时代。 

而晶圆代工在导入 EUV 技术后,使既定工艺节点能大幅提升晶体管密度,在摩尔定律后期下,EUV 重要性日益凸显。

芯片厂在芯片上能塞进的结构数量越多,芯片就越快速越强大。所以相关企业的目标就是尽力缩小结构的尺寸。在导入 EUV 技术后,即能制造出更小、更快速、更强大的芯片。

同时还能控制成本,在半导体制程工艺已经慢慢趋近物理极限的情况下重要性不断提升。

目前全球晶圆代工产业中,台积电拥有最先进的制程,是全球 7nm 晶圆代工市场的最大赢家。

台积电在 2018 年最早实现 7nm 制程的突破并量产,拥有最成熟的 7nm 工艺,并取得华为、苹果、AMD、高通等 7nm 芯片订单。

此外,台积电在 5nm、3nm 制程上也早有布局。其 5nm 制程预计在 2020 年实现量产,2023 年可望量产 3nm 制程,其在晶圆代工龙头地位短期难以撼动。 

另一方面,在电子零组件小型化、微型化的趋势下,以 SiP 为代表的先进封装出现发展机遇。SoC 与 SiP 封装都是在芯片层面上实现小型化和微型化系统的产物。

麒麟 990 5G 除了是全球首款使用 7nm+EUV 制程工艺的芯片外,也是全球第一款 5G SoC 芯片,即在一颗芯片中同时封装应用处理器和基频

而在麒麟 990 5G 之前,已公布的 5G 手机采用的都是外挂 5G 基频。外挂基频使得芯片体积相对较大、及发热与功耗高等问题,导致手机续航能力与 4G 相比缩水不少。

把基频整合至 SoC 中,不仅能够节省主机板空间,纾缓发热问题,还可以有效地降低功耗,提升续航力。

(资料来源: 中国电子网) 半导体主要产品结构比重

不过,摩尔定律发展到现阶段,半导体产业要继续向前走,有两种方式,一是继续依照摩尔定律发展,走这条道路的产品有 CPU、存储器、逻辑芯片等,这些产品占整个市场的约 50%。另一个就是超越摩尔定律。

现阶段 SiP 封装是超越摩尔定律的重要方式。一般情况下, SoC 只整合 AP 类的逻辑系统,而 SiP 则是整合 AP+mobileDDR。某种程度上说 SIP=SoC+DDR。随着将来集成度越来越高,eMMC 也很有可能会整合至 SiP 中。

随着摩尔定律接近尾声,业内已可预见 SoC 生产成本越来越高,易遭遇技术障碍,使得 SoC 的发展遇到瓶颈,因此能整合多类芯片的 SiP 封装,其发展越来越被业界重视。(来源:钜亨网)

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