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时间: 2020年01月14日 07:07 | 来源: 【终极烈火鸟巛melody】 | 编辑: 束玉山 | 阅读: 2664 次

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OFweek电子工程网讯 半导体工业正朝着持续减小尺度和添加复杂度的方向开展,这么的趋势一同也驱动体系级封装SiP技能被更广泛选用。

SiP的一大长处在于它可以将更多的功用紧缩至外型尺度越来越小的芯片上,适宜例如在穿戴式设备和医疗植入设备方面的运用。因而,虽然该封装中的单个芯片中集成在单个die上的功用较少,但从封装全体而言,则在更小的掩盖区中纳入了更多功用。事实上,这是一个存在单一封装体中的完好电子体系,载着傍边IC以平整摆放、笔直仓库或是两者兼具的办法排布。

此外,SiP技能是多年来一向存在的技能之延伸。奠根据现有如倒装芯片flip chip、晶圆凸块wafer bumping、引线接合wire bonding和扇形晶圆级封装fan-out wafer-levelpackaging等的封装技能。

多芯片模块MCM是体系级封装的前身。MCM开端被开发用于数据存储,例如在1960和1970年代的气泡存储器,以及特定的军事/航空航天电子设备。如今也仍被运用于某些特定商品,如任天堂的Wii U游戏机中。可是,这种封装计划的选用遭到摩尔定律不断演进的约束,如今的技能已能用更低的本钱,更容易地将全部组件都放在单一的芯片上。

SiP领先封装技能将广泛用于半导体制作范畴

Fig. 1: TI德州仪器气泡内存模块 Source: Chipsetc.com

这全部都在16 / 14nm节点,当持续减小组件变成应战时开端发作改变。由于多种要素的影响,每个新节点以后制成加工的难度持续添加。例如在5nm节点时,预期需引进全新的晶体管构造,并且开端思考如钴或钌等的新材料作为互连构造中的铜之代替物。此外,即便在16 / 14nm节点,动态功率密度和自热疑问也变成应战,在10nm及以上则需要更多的着墨以及更领先的电源办理电路。在规划方面,路由拥塞一向是日益严重的疑问,由于RC推迟、电搬迁以及比如热、静电放电和电磁搅扰等物理效应影响而加重。

领先封装技能供给了一些处理这些疑问的代替办法。首要,它供给了一种透过运用物理别离办法来最小化物理效应的办法。举例来说,一个对数字噪声或热效应灵敏的模仿block,透过运用独立的另一个芯片,将可以更容易地减缓效应。其次,由于全部芯片或小芯片chiplets可以在一个封装体中重复运用,它也使IP的重复运用变得更简略。再者,它可以经过添加芯片之间的衔接体的直径并缩短信号有必要跋涉的间隔来前进功用并下降功耗,然后下降驱动这些信号所需的功率。

ASE集团出售和事务开展副总裁Yin Chang表明:“SiP在导入方面尚处于起步期间。咱们还在探索学习SiP的全部也许性,这全部仅仅SiP的开端。”

可是领先封装必定现已逾越了探索各种封装办法的可行性和可靠性的基础研究期间。如今的应战是完结好像摩尔定律通常,将全部结合于单一die上的规模经济。半导体工业现已开展出安稳的选项和技能开展以帮忙这一转型的推广。

Chang表明:“技能的前进有两个层次。一是就2.5D而言,可以运用硅中介层interposer衔接各种类型的高密度硅可使集成最大化,并且在一个很小的掩盖区中促进功用提高。其次,曩昔把各种功用组合在一同会致使芯片的抵触或彼此搅扰。但新的技能能在这些功用抵触的硅之间进举动态屏蔽,并将其置于尺度十分小的封装中,使其满意首要用于穿戴式设备或IoT运用的小尺度运用需要。

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Fig. 2: SiP商场联系图 Source:ASE

别的厂商也正在着手改进这项制作进程。

STATS ChipPAC的高档总监Urmi Ray表明:“技能的演进首要与多个die的异构结合有关,一同,这也是另一个要害组件 - 无源器材在最小form factor上的有用组合和匹配。这是曩昔几年所发作的改变,这么的趋势现已出如今于十分小的form factor上,优化无源器材和有源器材的要害范畴。此外,咱们也看到在拼装方面十分有用率的处理、拾取和装备小型、轻浮的dies以及两个较大的组件。跟着form factor尺度的减缩,运用更薄die是越来越显着的趋势。”

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Fig. 3: SiP模块 Source: STATS ChipPAC

Yole Développement总裁兼首席执行长Jean-Christophe Eloy也有相似的调查。他指出,由台积电代工制作和拼装的苹果A10处理器规划现已答应无源器材转移到芯片规划中,而不再是将其视为PCB上的分立组件。他说:“多亏了台积电和苹果协作的A10处理器,集成无源器材又开端被运用在无线移动设备当中。”

SiP 是什么?

Amkor Technology的SiP /体系集成副总裁Nozad Karim在上个月由世界微电子拼装和封装协会(IMAPS)在加州RohnertPark主办的体系级封装(SiP)技能会议和展览会中以此疑问展开了活动的前奏。

“SiP的界说有许多种,”他说。 “这是一个体系,也是一个封装。”

TechSearchInternational总裁Jan Vardaman弥补阐明更多细节: “业界需要清晰知道咱们怎么界定SiP技能,”她解说说,SiP触及“两个或两个以上不相同的die”,并且“它构成一个functional block”。 “SiP并不意味着一种单一的封装办法,”Vardaman弥补说。 “Fan-out Wafer级封装也可以当作是SiP。”但她指出,台积电的InFO封装封装技能并不契合SiP的界说。

Vardaman预估2016年SiP封装的出货量将达149亿单位。他以为举动设备、可穿戴设备和别的花费类商品约占SiP运用的82%,2016年至2020年的商场复合增长率预估为13.7%。

Vardaman指出iPhone 7和7 Plus智能手机每部都有约15个SiP,Apple Watch Series 2内含三个SiP,而三星Samsung Galaxy S8手机则具有13个SiP封装。

作为另一个参阅规范,Yole Développement猜测到2022年,将有450万个晶圆(以12英寸晶圆估量)包含TSV透硅通孔,这种通孔是运用在内插层interposers技能以及别的领先封装的技能。

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Fig. 4:领先封装生长猜测。 Source: Yole Développement

商场

SiP的运用一开端锁定在高端网络范畴,其间网络吞吐量throughput至关主要,但报价不是要害要素,以及一些花费电子和移动商场,何者的初始开发本钱可以在许多需要和体系的全体报价部份摊销。

而今天的首要运用则包含将处理器、内存、逻辑单元和传感器集成在一个模块中,为某些客户供给一站式的处理计划。可是,跟着本钱的下降,这些商品估计对需要敏捷推出新商品的物联网设备设备开发商格外有用。

“模块化这种处理计划能让咱们敏捷创立足以帮忙缩短上市时刻的处理计划。”ASE的 Chang 表明,“所以咱们可以将SiP用于满意特定功用,促进厂商得以十分敏捷地将它拼装到一同,并将商品推出市道。格外关于的是可穿戴设备和 IoT等商场改变敏捷的范畴。这些是SiP 可以一同满意的两种不相同的需要。”

由于其能在更小的制品尺度上改进电池寿数,SiP 也逐步渗透进轿车、工业和医疗电子范畴。在如人工智能和神经引擎等有高功用需要的运用中,SiP也是适宜的处理计划。Chang 说:“SiP 可以适用于广泛多样的工业范畴。”这项技能也适宜无人驾驭车辆、扩增实境、5G无线通信等。

Chang表明:“咱们相信你可以把它放在自动驾驭车辆中供神经引擎运用,在车里你会想将高速处理处理计划结合到一个十分小的form factor上,所以你可以不用在车上装载一台巨大的计算机。您可以在高带宽下进行运算处理,因而也许需要运用SiP来满意这些高带宽的需要,或许是衔接神经引擎的5-,6-,7G传输速率。在这方面,2.5D处理计划可以为这些类型的许多运算需要供给异质硅的技能。而在扩增实境有些,由于您会期望将显示器屏幕装备在眼镜上,所以form factor的尺度会变成要害,一同您也会期望可以最大极限延伸电池运用寿数,让您不用不断对眼镜进行充电就能坚持AR的正常运转。因而减小电子商品,以及将其敏捷模块化以缩短上市时刻的才干,关于这些客户或公司而言会是要害。以SiP进行这两个范畴的商品开发对咱们来说十分有意思。咱们得以善用咱们在封装和EMS方面的全部阅历,产出高密度的模块,并为AR制作商发明处理计划。经过咱们的bumping晶圆凸块、flip chip倒装芯片和重布技能RDL处理计划,咱们可以为下一代的无人驾驭车辆创造一个2.5D的神经引擎。”

STATS 的 Ray 以为RF屏蔽和有源与无源器材的双面集成是两大优势,何者可以让移动手机内运用双面打印的电路板,进而减小模块尺度。

在SiP的选用遍及方面,Ray说“功用的模块化是一个实践的商场趋势。”他并格外提出物联网、可穿戴、传感器和轿车电子范畴的高档驾驭辅佐体系等新式商场。“这些是十分不相同的多样商场,要害是要完结异质化的集成。”

SiP已被运用在可穿戴设备中的高带宽内存中,这类的设备有些通常是花费电子商品中选用最小formfactor的一群。“选用 SiP 的首要原因是尺度巨细和异构集成。”Ray说道。

阅历启示

可是,SiP 开展到如今可以被视为是一种处理计划,本来也阅历了适当长的进程。实践上,委外封装测验业者OSAT、代工厂和结合组件制作IDM开端仔细开展这些封装办法也已有近十年的时刻。

“和其它全部OSAT 相同, STATS ChipPAC 一向以来都着重于SiP技能的开发。”Ray说,“在规划和拼装上,咱们真的很尽力。”该公司也现已转向了体系级测验,将RF 测验和数位测验结合起来,保证 SiP 能正常运作。

进程中许多作业也都是透过协作完结的。

“咱们学到最主要的一课是咱们有必要与协作的客户严密协同协作,”Chang 说,“仅仅可以做出 SiP 并不意味着可以做出 SiP 处理计划。与客户严密协作,让他们通知你他们的硬件和软件方面的需要,这种协作才干成功完结 SiP 。任何人都能拼组乐高积木,但咱们意识到咱们需要与客户一同协作,才干真实把乐高积木拼成能让他们推向商场的处理计划。”

虽然封装厂通常会支撑供给韧体,大多数情况下,客户都会供给必要的软件。

可是,清楚明了的趋势是SiP 技能将会持续在商场中开展,并将在将来几年更广泛的运用在半导体制作范畴。由于有才干能跟随摩尔定律进入个位数纳米规模的公司越来越少,SiP就供给了另一个开展的方向。跟着这项技能能有更多可用现成组件的实例呈现,它的遍及预期将大幅度的拓展。

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(束玉山编辑《【终极烈火鸟巛melody】》2020年01月14日 07:07 )

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