〈分析〉5G世代 7奈米以下製程與SiP封裝成主流

〈分析〉5G世代 7奈米以下製程與SiP封裝成主流 (圖片:AFP)
〈分析〉5G世代 7奈米以下製程與SiP封裝成主流 (圖片:AFP)

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。

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)
(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。 

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。 

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。

(資料來源: 中國電子網) 半導體主要產品結構比重
(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、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。


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