10.22 5G主流芯片SiP封裝技術,超越摩爾定律憑什麼方式做到?

5G 已開始在多國商轉。由於 5G 具有高頻、高速等特性,處理 5G 信號的芯片也需要更高的運算效能,因此市場對 7納米、5 納米制程的芯片需求將會提升。

除了納米制程,另一個值得關注的是封裝技術。SoC(System on a Chip,系統單芯片)與 SiP(System in a Package,系統級封裝)都是讓芯片微型化的封裝技術,但半導體產業界預測,SoC 的成本將節節上升,發展遇到瓶頸,而整合多種芯片的 SiP 技術逐漸受到正視,並有望超越摩爾定律。

手機為全球最重要的消費性電子產品,手機不光是內部零組件需求量龐大,再加上輕、薄、短、小的趨勢,不斷推動著半導體產業技術向前邁進。

手機芯片性能的提升、晶體管數量的增加、功耗 / 發熱降低,都依賴半導體制程工藝的提高,而這幾項因素也直接影響手機整體性能和使用體驗。

因此近年來,手機廠商爭相提升芯片的製程工藝。不過,在 5G 時代下,手機對芯片性能和功耗要求更高,使半導體向先進製程發展的步伐持續加速。

根據天風證券指出,全球智能手機在 2018 Q4 使用的 7nm 芯片比重從 Q3 的 10.5%,提升到 18.3%。

5G主流芯片SiP封裝技術,超越摩爾定律憑什麼方式做到?


目前麒麟 980、麒麟 810、蘋果 A12、A13、驍龍 855 均採用的 7nm 技術。隨著 5G 等新興科技的發展,在 2020 年有機會進入 5nm 及以下的時代。

而晶圓代工在導入 EUV 技術後,使既定工藝節點能大幅提升晶體管密度,在摩爾定律後期下,EUV 重要性日益凸顯。

芯片廠在芯片上能塞進的結構數量越多,芯片就越快速越強大。所以相關企業的目標就是盡力縮小結構的尺寸。在導入 EUV 技術後,即能製造出更小、更快速、更強大的芯片。

同時還能控制成本,在半導體制程工藝已經慢慢趨近物理極限的情況下重要性不斷提升。

目前全球晶圓代工產業中,臺積電擁有最先進的製程,是全球 7nm 晶圓代工市場的最大贏家。

臺積電在 2018 年最早實現 7nm 製程的突破並量產,擁有最成熟的 7nm 工藝,並取得華為、蘋果、AMD、高通等 7nm 芯片訂單。

此外,臺積電在 5nm、3nm 製程上也早有佈局。其 5nm 製程預計在 2020 年實現量產,2023 年可望量產 3nm 製程,其在晶圓代工龍頭地位短期難以撼動。

另一方面,在電子零組件小型化、微型化的趨勢下,以 SiP 為代表的先進封裝出現發展機遇。SoC 與 SiP 封裝都是在芯片層面上實現小型化和微型化系統的產物。

麒麟 990 5G 除了是全球首款使用 7nm+EUV 製程工藝的芯片外,也是全球第一款 5G SoC 芯片,即在一顆芯片中同時封裝應用處理器和基頻

而在麒麟 990 5G 之前,已公佈的 5G 手機採用的都是外掛 5G 基頻。外掛基頻使得芯片體積相對較大、及發熱與功耗高等問題,導致手機續航能力與 4G 相比縮水不少。

把基頻整合至 SoC 中,不僅能夠節省主機板空間,紓緩發熱問題,還可以有效地降低功耗,提升續航力。

5G主流芯片SiP封裝技術,超越摩爾定律憑什麼方式做到?

(資料來源: 中國電子網) 半導體主要產品結構比重


不過,摩爾定律發展到現階段,半導體產業要繼續向前走,有兩種方式,一是繼續依照摩爾定律發展,走這條道路的產品有 CPU、存儲器、邏輯芯片等,這些產品佔整個市場的約 50%。另一個就是超越摩爾定律。

現階段 SiP 封裝是超越摩爾定律的重要方式。一般情況下, SoC 只整合 AP 類的邏輯系統,而 SiP 則是整合 AP+mobileDDR。某種程度上說 SIP=SoC+DDR。隨著將來集成度越來越高,eMMC 也很有可能會整合至 SiP 中。

隨著摩爾定律接近尾聲,業內已可預見 SoC 生產成本越來越高,易遭遇技術障礙,使得 SoC 的發展遇到瓶頸,因此能整合多類芯片的 SiP 封裝,其發展越來越被業界重視。(來源:鉅亨網)


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