有望成為 5G 主流,讓晶片「超越摩爾定律」的關鍵技術:SiP 封裝

【為什麼我們要挑選這篇文章】5G 已開始在多國商轉。由於 5G 具有高頻、高速等特性,處理 5G 訊號的晶片也需要更高的運算效能,因此市場對 7 奈米、5 奈米製程的晶片需求將會提升。

除了奈米製程,另一個值得關注的是封裝技術。SoC(System on a Chip,系統單晶片)與 SiP(System in a Package,系統級封裝)都是讓晶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,而整合多種晶片的 SiP 技術逐漸受到正視,並有望超越摩爾定律。(責任編輯:郭家宏)

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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。

手機晶片性能的提升、電晶體數量的增加、功耗 / 發熱降低,都依賴半導體製程工藝的提高,而這幾項因素也直接影響手機整體性能和使用體驗。

5G 時代下,使用 7 奈米、5 奈米技術的手機將增加

因此近年來,手機廠商爭相提升晶片的製程工藝。不過,在 5G 世代下,手機對晶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,全球智慧手機在 2018 Q4 使用的 7nm 晶片比重從 Q3 的 10.5%,提升到 18.3%。

資料來源:天風證券

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。

導入 EUV 技術,能提升電晶體密度與晶片運算速度

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

晶片廠在晶片上能塞進的結構數量越多,晶片就越快速越強大。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、更強大的晶片。

同時還能控制成本,在半導體製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,台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。

台積電在 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 晶片訂單。

此外,台積電在 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。

SiP、SoC 封裝技術整合處理器和基頻,節省主機板空間並降低功耗

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 封裝都是在晶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 製程工藝的晶片外,也是全球第一款 5G SoC 晶片,即在一顆晶片中同時封裝應用處理器和基頻。

而在麒麟 990 5G 之前,已公布的 5G 手機採用的都是外掛 5G 基頻。外掛基頻使得晶片體積相對較大、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。

半導體主要產品結構比重。資料來源:中國電子網

SoC 與 DDR 的結合,SiP 封裝有望超越摩爾定律

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、記憶體、邏輯晶片等,這些產品占整個市場的約 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,因此能整合多類晶片的 SiP 封裝,其發展越來越被業界重視。

(本文經合作夥伴 鉅亨網 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈〈分析〉5G 世代 7 奈米以下製程與 SiP 封裝成主流 〉。首圖來源:Pixabay CC Licensed)

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