系統封裝(SiP)技術提供設計之選擇─技術整合與降低成本
系統封裝(SiP)技術在過去幾年裡已有顯著的成長，在2000年，National Electronics Manufacturing Initiative之發展藍圖幾乎沒有被提及；但是在2002年NEMI的發展藍圖裡，系統封裝已成為發展最快速的封裝技術之一，即使在那時候SiP只佔封裝總量相當小的比例。由2002年的發展藍圖可發現，SiP在高速發展的藍芽、無線區域網路和手機應用裡，SiP已成為普及的技術(表一)。於2004年，SiP成長速度引人注意，並在發展藍圖裡以新產品競爭角色(七分之一)增加，而此藍圖用來定義整個電子供應鏈之未來製造需求。
整合不同技術與降低產品價格之能力和市場需求為SiP封裝之主要驅動力。在無線通訊市場中，SiPs已經可以快速整合SiGe、GaAs、Si與被動元件在一個單一封裝解決方案，這是目前單晶片解決方案所無法達到的。在眾多的例子裡，這樣的發展已經降低產品成本，並使系統可以切割成最有經濟價值的個體，這對系統公司而言，這些高度整合功能單元簡化了系統設計、封裝製程與測試設備。在SiP中，堆疊邏輯晶片與記憶晶片在一個單一封裝中是另一個快速成長的應用，這些堆疊SiP結構可降低系統尺寸與降低每個晶片個別封裝的成本，並且可以改善訊號傳輸時間與藉由於IC間較小電容負荷來降低能量損耗。
SiPs由原來設備製造商(OEMs)所提供，因為他們想繼續將更多的技術往半導體端來推展，以獲得更多商業往來，並維持極高的產能與可靠度。
單一晶片系統(SoC)或系統封裝(SiP)何者在系統設計發展較具優勢，有相當多的討論，甚至困擾。然而，兩者往往是互補的。發展一個新的SoC需要相當大的投資，其包含資金支出與產品循環。部份簡單產品不可能增加額外的成本，或者沒有生命週期來發展SoC，使得SiP成為有經濟效益的解決方案。然而在其他的應用，SiP可能只是過渡產品，為了增加產品功能，SoC勢必要發展。例如，OEM廠商可能使用SiP設計第一代的產品，然後接下來的產品將增加更多功能(使用新的SiP版本)，如果可能的話，第三代產品將整合所有第二代的功能在一個單一晶片中。以此觀點，SiP本身將轉變成另一個封裝形式，其將支援SoC和與非SoC一部份之其他功能，如天線、震盪器、濾波器、保護蓋與被動元件。
目前有三種很大量的SiPs形式在運作：模組(modules)、晶片堆疊封裝(stacked die packages)與元件堆疊封裝(stacked package on package)(如Sidebar所述)。壓合式(Laminate)基板形式SiPs繼續主導市場，但陶瓷、引導線架與捲帶式基板技術正在快速的崛起。
技術現況
由於SIP市場的迅速擴張，整合元件製造商(IDMs)，像是電子製造服務(EMS)提供者與半導體封裝服務(SAS)，必須同時研究與發展SIP相關技術。科技研發的努力也提供了SiP規格發展之設計工具、儀器、材料及零件。然而，就像大部份新興的技術，在幾個關鍵領域上，科技研發的經費，在許多重要領域並沒有提高到一定的水準。
早期在採用SiP時，技術瓶頸之一就是缺乏能夠使得晶片及封裝一起設計的整合工具。現在，幾個大EDA公司和無數小設計工具專家，已經具備有專屬SIP的商業整合工具。當SIP的複雜性和性能目標增加時，這些工具必需要去加強已提供更快的3-D電力及機械模擬能力。尤其，如何估算製作過程會造成SIP在電性功能上多少衝擊，是特別需要發展的一個區域。
SIP技術正推動設備及相關製程能力到極限，以利應用在表面黏著技術、晶粒黏著、打晶線和覆晶組裝等製程。設備公司也已經著手發展專屬的平台以解決製程問題，以應付SiP在不同領域的應用。在這麼大的領域中，發展晶粒黏著和覆晶組裝置放將是使成本更加降低的機會。2004 NEMI SiP發展藍圖要求元件置放設備廠商能夠從已格式切割的晶圓中取出晶粒並置放，其精確度需在15mm內，並且每次置放金額要低於0.005美元，但工業界以現在的機台並無法達成這樣的目標。
在材料及零件技術領域上，SiP正在推動新材料應用和相關需求去發展新的附加需求。大部份的SiP科技已建立在無鉛組裝過程並且已通過MSL Level III 250℃的認證，勝過一般的電子工業。當SiP應用持續成長，適合這些應用的新材料焦點將放在需要更進一步的改進成本及可靠度。
當發展出更加複雜並且具有更多功能的SiP時，光學和微機電為主的零件需求將會變得更加重要。而這些零件的型式會使用特別的封裝技術，但由於厚度、大小和成本的因素，這些零件很難整合入許多SiP中。Low profile、低成本的晶片級封裝有需要藉著工業去更進一步發展並解決這些問題。
基礎設備議題
SiP融合了EMS工業表面黏著技術與SAS半導體工業封裝及測試技術，這項技術可在單一製造廠內整合SMT與BDA 技術，但其中包括許多挑戰與關鍵的公共設施問題需要被討論。EMS與SAS兩個系統具有不同的作業模式，同時包含不同的配備與規格，所以機台配備與技術設定方面存在著許多整合方面的問題。
為達到一合理的利潤指標，SAS等公司目標放在20%的毛利收入，而EMS公司則目標在10%的毛利營收，此營運模式的不同主要差異在於高架地板的工廠(無塵室VS.標準製程)，R＆D的設備與勞工成本。對SIP而言，製造公司必須發展出一個新的操作模式得以合成SAS與EMS的結構，且這樣的模組必須能夠支援工廠每年產品成本15%的縮減目標以維持公司的競爭力。
此外，EMS與SAS的操作並不需要符合同一個品質標準與可靠度。EMS提供的是IPC板的黏著規範，而SAS所使用的則是JEDEC的的零件規格，因此會造成許多明顯而大的分別，主要是根據SiPs的建構位置與終端市場的需求而區分。
技術設定則是另一個大議題，SiPs所需要的合成技術並非成熟且需要各個領域的專業技術人才來參與技術的整合，基本上，一個公司需要雇用一個或其他的能力分配，而且必須給予個人至少為期兩年的訓練流程。未來工業界方面有必要去發展更完善的SiPs訓練場所來幫助解決這方面的問題。
結論
SiP提供了產品設計一個可行的選擇。當大家持續大舉進軍增加矽晶片整合的同時，SiP提供了整合半導體技術與功能元件在一個封裝裡。在很多例子中，看起來或感覺像單一晶片封裝(從基板組裝觀點)，其具有增加封裝密度，提高供應鏈的靈活性(如延緩設計)，降低風險(全部整合於矽晶片上)與降低整個性統的成本。為了使此技術可以達到完全的可行，一些基礎的問題必須被解決。迫於此部份的壓力，工業界必須共同研發才能提供有成本效益的方法以弭平不同的嫌隙，且沒有一家公司承擔完全發展的風險。SST-AP/Taiwan
作者
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