微型化需求持續看漲　系統級封裝蔚為主流

隨著製程技術精進，以及手持式裝置所帶來的強勁元件微型化需求，幾乎所有針對手持式裝置所設計的半導體元件皆採用單晶片(Single Chip)、甚至更複雜的系統單晶片(SoC)的架構。  

然而，由於不同應用需求的先天限制，如射頻(RF)電路為了達成高速運作的目標，必須大量採用矽鍺(SiGe)或砷化鎵(GaAs)製程，才能生產出效能符合需求的電晶體；又如類比電路為了承受更高的電壓，不能像記憶體或處理器晶片一樣採用90奈米以下先進製程生產。  

上述各種製程彼此間無法相容的現實，是SoC發展最大的障礙，也可能是永遠無解的難題，但只要手持式裝置多功能整合的趨勢不變，元件供應商就必須設法提供更微型化的解決方案。因此，多晶片封裝(MCP)技術，以及由此衍生出來的系統級封裝(System in Package, SiP)概念，遂成為各方關注的解套方案。  

封裝技術漸趨成熟　MCP廠商轉型耕耘SiP市場  

為了因應手持式裝置對元件封裝尺寸的嚴格要求，將多顆裸晶(Die)整合成單一封裝MCP技術已經非常普遍。根據研究機構Portelligent過去幾年來陸續拆解超過四百款手機、個人導航、可攜式媒體播放器等裝置後所做的統計顯示，超過九成以上的可攜式產品至少使用一顆採用MCP的元件，特別是整合動態隨機存取記憶體(DRAM)與NOR快閃記憶體的MCP元件，在手持式裝置中的運用最為普及。顯然在可攜式裝置的需求帶動下，多晶片封裝技術已經成為一股不可忽視的勢力。  

圖1　好德科技系統微型化產品事業處處長張勝榮認為，在經歷過去近十年的MCP紮根期後，許多廠商開始轉向能提供更多附加價值的SiP是自然的趨勢，但也因而必須面對不少新挑戰。

好德科技系統微型化產品事業處處長張勝榮(圖1)指出，手機記憶體是目前多晶片封裝技術最主要，良率也最佳的應用領域。良率是評估一項技術是否成熟的重要指標之一，也是服務供應商彼此競爭的重點。大致說來，目前業界在記憶體MCP產品良率約在95～97%之間，好德則由於擁有緊密結合的上下游夥伴與長期技術耕耘，目前已將良率提升到99.27%。由此即可看出，記憶體MCP技術在行動裝置的蓬勃發展帶動下，已經進入成熟期。  

挾著在記憶體MCP上所扎下的技術實力，目前有不少台系MCP封裝服務供應商都已經跨足記憶體加處理器的整合封裝服務市場，如好德、鉅景等公司皆已開始為客戶進行這類客製化的封裝整合服務。然而，在跨足此一市場後，原本單純做封裝服務的廠商，除了要因應處理器晶片的電氣特性與散熱考量而對原有的MCP架構做出改良之外，更重要的是必須轉型成為一家真正的系統解決方案公司，不能再僅以封裝服務供應商的身分自居。  

打破刻板印象　MCP不等於SiP  

圖2　鉅景科技總經理王慶善表示，日韓等地的系統製造商對SiP的接受度較高，因為客製化的SiP可以提系統產品創造差異化的價值，不像採用現成元件設計出來的系統，看來大同小異。

張勝榮表示，目前業界對於SiP還有很多迷思，其中最常見的就是把MCP跟SiP混為一談，但事實上一家做MCP封裝設計的服務供應商，要跨足經營SiP業務時，必須要做很多資源調整的動作，例如韌體開發跟應用支援便是以往封裝服務廠商陌生的工作，很多MCP廠商要跨足SiP之際，都會在這方面遇到挑戰。張勝榮認為：「一家SiP服務供應商除了提供給客戶以MCP方式封裝好的元件之外，後續的韌體撰寫和設計導入支援，才是真正的重頭戲，這也是SiP與MCP最大的不同」。  

鉅景科技總經理王慶善(圖2)也認同這樣的觀點，並指出台灣業界對SiP的概念往往還存在許多誤解。王慶善表示，SiP不是只有把幾顆不同功能的晶片堆疊或並列排放在一起，再把導線打上去而已。元件封裝前與客戶一起討論產品規格，協助客戶取得最好的資源，以及元件封裝後的支援服務才是SiP廠商創造差異化價值的地方。  

以手機處理器與記憶體晶片整合的SiP為例，鉅景由於手上掌握全球各主要手機記憶體晶片廠商的晶圓特性資料，甚至連裸晶尺寸規格與輸入/輸出(I/O)焊點的配置點資訊都瞭若指掌，因此手機客戶甚至只要選定處理器平台與決定記憶體容量大小，鉅景就有能力替客戶規畫出最具成本效益的SiP封裝方式，並交由最適合的後段封裝廠合作夥伴進行量產。王慶善說：「SiP廠商不只是作設計代工而已，同時也要扮演客戶存取到封裝技術與服務的入口。」  

SiP風潮引發商業模式變革  

圖3　海華科技總經理李聰結指出，SiP除了帶來新商機之外，更改變了產業的遊戲規則。

其實，SiP不僅是一種實現微型化系統設計的關鍵技術，更對通訊產業鏈帶來許多新的變革。首先，如好德、鉅景等專業SiP設計服務廠商的興起，使得元件供應商除了直接銷售和透過代理商之外，又多了一條接觸客戶的新管道。王慶善指出，對上游的半導體元件供應商而言，鉅景是一個能夠替晶片解決方案提供更多附加價值，進而滿足更多客戶需求的中立合作夥伴。正因為鉅景能夠創造更多附加價值並藉此吸引更多客戶，晶片供應商、晶圓廠、封裝廠等其他產業鏈中的成員，都不忌諱與如鉅景般的SiP公司分享資訊。

從無線通訊模組板卡起家，轉型成無線通訊模組晶片供應商的海華科技總經理李聰結(圖3)也指出，就某些方面而言，SiP廠商其實是一種加值銷售通路商(VAR)，可以替客戶整合出最適合自己應用需求，或是市場上最具競爭力的整體方案。 以海華所專注的無線通訊領域為例，市場上雖然有許多晶片供應商耕耘這塊市場，但是每家廠商的強項不同，例如手機藍牙市場上，有像是劍橋無線半導體(CSR)、博通(Broadcom)等領導廠商，但在手機無線區域網路領域，除了這兩家公司之外，邁威爾(Marvell)、創銳訊(Atheros)等公司也有相當具有競爭力的產品。在供應商眾多，且各有強項的市場現況下，海華由於扮演中立的整合者角色，因此能夠視市場上各家供應商的產品競爭現況，替客戶整合出最佳化的無線通訊方案。

更值得注意的是，在射頻通訊領域，SiP結合可實現嵌入式被動元件功能的陶瓷基板材料，除了可實現多功整合之外，更可以直接解決棘手的射頻電路匹配問題，讓整個模組晶片在進行設計導入時，就跟使用模組板卡一樣輕鬆方便，再加上海華自己有能力視客戶選擇的作業系統平台提供對應的韌體與驅動程式。這些服務或優勢，正是SiP廠商所能提供的額外附加價值。  

IDM廠商順應趨勢 搶搭SiP順風車  

圖4　瑞薩科技株式會社系統解決方案事業群SiP開發中心經理海野雅史透露，在不景氣的大環境下，瑞薩的SiP業務呈現出相對抗跌的態勢，顯見市場對SiP方案的肯定與需求。

事實上，不僅SiP封裝設計服務廠商看見SiP未來的應用潛力，SoC或單晶片供應商也認同SiP將成為未來系統持續微型化的動力來源之一，從而展開布局。瑞薩(Renesas)科技株式會社系統解決方案事業群SiP開發中心經理海野雅史(Masashi Umino)(圖4)表示，早從2000年開始，瑞薩便看好SiP的發展前景而大力投入。經過多年耕耘後，終於在2006年達成年出貨量超過一億顆SiP元件的里程碑，到2008年上半年，瑞薩SiP元件出貨量更僅花了6個月便追平2006年全年出貨量，顯示系統業者對SiP概念普遍已能接受。  

海野雅史指出，過去兩三年來，市場對SiP方案需求年年成長，且應用範圍也從手機、數位相機等可攜式產品，擴散到光碟機、車載導航設備與可攜式導航裝置(PND)等新領域。探究SiP何以能如此迅速獲得系統客戶認同的原因，海野雅史認為微型化與低成本是兩大最主要的驅動力。首先，由於系統產品持續追求更輕薄短小的外觀設計，而且在更小的系統尺寸中，還要不斷提升產品的規格與功能，因此採用SiP已成勢在必行；另一個驅動力則來自市場上對低成本的要求。目前業界還有些人對SiP的成本抱持刻板印象，認為採用SiP將導致元件的價格上升，但事實上採用SiP之後，由於系統製造商經常可以藉此精簡印刷電路板的層數，從而提升了電路板的製程良率，也降低了印刷電路板的物料成本，因此整體來看，採用SiP元件的系統在製造成本方面往往更低。  

海野雅史透露，正因為SiP可以替客戶降低系統的整體生產成本，因此在景氣急轉直下，各類半導體供應商的財報陸續探底的2008年下半年，瑞薩的SiP業務規模仍能挺立於景氣寒冬中，幾乎不受衝擊。海野雅史說：「這是個低成本為王的時代，任何技術如果沒有成本競爭力，是很難不受景氣影響的，SiP也不例外。」  

愛特轉守為攻搶進SiP市場  

圖5　愛特亞太區總經理賴炫州指出，愛特認為SiP將是一個非常值得期待的新市場，因而將裸片銷售列為重點發展項目。

另一家在SiP領域默默耕耘多年的邏輯晶片供應商愛特(Actel)，近來也開始主動出擊，推出裸片銷售的業務模式，試圖搶搭SiP的列車。愛特亞太區總經理賴炫州(圖5)表示，10多年前愛特的軍工航太客戶便已經提出採購裸片，由他們自行依照系統設計進行SiP封裝的需求，因此對愛特而言，銷售裸片的業務模式其實一直存在。而在近年來，對愛特提出裸片採購需求的客戶群，從過去僅見於國防航太產業，漸漸擴散到工業控制、消費性電子等產品的設計製造商，且出貨量幾乎年年成長，因此使得愛特開始思考將裸片銷售從專案模式的業務轉變成標準產品來推廣的可能性，進而才會在2008年底推出裸片銷售計畫(KGD Program)。 賴炫州也認為，低成本和微型化是推動SiP需求成長最主要的兩大驅動力，特別是在不景氣的時刻，裸片由於沒有封裝成本的負擔，因此晶片供應商可以用非常低廉的價格銷售給客戶。畢竟羊毛出在羊身上，元件的封裝成本也會反應到元件售價上，「如果客戶的系統設計決定採用SiP，不管其最主要考量為何，都可以衍生出封裝成本精簡的效益，對Actel跟客戶而言，就是雙贏的局面。」  

但不可諱言的是，SiP發展至今，雖然技術已經成熟，但商業模式上還是有些挑戰存在，其中最主要的關鍵就在於邏輯晶片的裸片取得難度不低。愛特東南亞區及台灣區資深區業務經理彭炳彰指出，目前對記憶體供應商而言，銷售裸片的業務已經相當常見，但是邏輯晶片的情況不同，有些邏輯晶片供應商至今仍不太願意直接銷售裸片給客戶。不管是系統客戶還是SiP專業設計服務公司，遇到這種情況就只能設法另尋邏輯晶片的來源。彭炳彰進一步透露，在台灣跟東南亞區，過去就有些客戶碰到這樣的情況，因此改用愛特的現場可編程閘陣列(FPGA)元件和矽智財(IP)方案來當作SiP的核心邏輯晶片。愛特本身也有一支封裝設計團隊可以應付客戶的SiP需求，畢竟愛特在相關領域也已經耕耘10多年了。  

但這並不表示愛特將跨足經營SiP設計服務業務，相反的，愛特目前正在積極尋求與台灣本地SiP設計服務公司攜手合作的機會，而且身段將非常有彈性。賴炫州指出，術業有專攻，愛特雖然也有SiP的設計能力，但畢竟是以回應客戶特殊需求為考量而成立的團隊，跟台灣的專業SiP設計服務公司相比，在經營的模式上大不相同，公司的資源配置也不一樣，因此與這些SiP專業廠商合作，才是最能創造雙贏的策略。事實上，愛特自從發表裸片銷售計畫後，便已經開始與台灣SiP廠商洽談合作的可能，未來或許台系SiP廠商所提供的方案中，就會內含愛特所提供的FPGA裸片。  

類比SiP急起直追  

事實上，SiP技術不僅能為記憶體、處理器等晶片提供更高的整合度，協助行動產品製造商縮小系統尺寸之外，運用在類比晶片上，除同樣能減少功能模組所占用的電路板空間外，在縮減電磁波干擾、加速系統產品開發速度方面的效益，更令人驚艷。  

圖6　凌力爾特DC/DC uModule產品行銷經理Afshin Odabaee預期未來2、3年將是電源方案SiP化蓬勃發展的關鍵時期。

正因為SiP技術運用在類比晶片的整合上所能提供的效益顯著，許多電源方案大廠紛紛投入研發，如國際整流器(IR)、德州儀器(TI)、凌力爾特(Linear Technology)等公司，目前皆已有概念型的產品方案問世。凌力爾特直流對直流(DC-DC)μModule產品行銷經理Afshin Odabaee(圖6)表示，相較於數位邏輯晶片，電源晶片SiP化的進展速度確實相對遲緩許多。以DC-DC穩壓器這種泛見於所有電子產品中的元件為例，要將整個系統電路縮小整合到一個表面黏合封裝中，就是一個很大的技術挑戰。特別是電感這類磁性元件的尺寸，如果要縮小到能整合到晶片封裝的程度，穩壓器本身的切換頻率勢必要提高。  

然而，類比電路設計牽一髮動全身，穩壓器的切換頻率拉高的結果，會對其他電路設計造成不少新挑戰，如漣波(Ripple)、上升時間更短等等，都會對電路的設計工程造成影響。此外，元件本身的散熱問題也是一項工程上的挑戰，若封裝的散熱設計不良，元件老化現象就會加速產生，同時元件的轉換效率也會因為溫度上升而下降。  

然而，挑戰之所在，也就是商機之所在。在消費性產品普遍走向可攜式、行動化的大趨勢下，再加上產品生命週期縮短，工程人員面臨必須在更短的時間內完成產品開發的壓力，因此，透過SiP技術提供模組化的解決方案，是市場上的一大趨勢，電源領域也朝著同樣的方向邁進。在未來幾年內，市面上勢必會出現越來越多模組化的電源解決方案。  

Odabaee進一步預言，隨著SiP化的浪潮來襲，交換式穩壓器、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、電感、封裝等實現微型化電源模組方案的關鍵零組件跟配套技術，都會出現極大的創新突破，同時微型化電源模組的應用領域也會以低電壓/低電流的行動產品和消費性產品擴展到通訊基礎設備般的大型系統中。  

SiP技術日新月異　行動裝置微型化潛力無窮  

隨著SiP封裝技術的成熟與普及，以往動輒占用數10平方公分電路板面積的次系統，如今都已能被縮小到僅有指尖大小的表面黏著封裝中，而且在設計運用時變得更方便。這些技術上的突破，讓行動裝置製造商可以繼續在有限的系統尺寸中整合更多功能，或設計出更精緻小巧的可攜式裝置，以吸引消費者的目光。SiP技術的發展，已成為行動與可攜式產品未來發展的動力引擎。