IDM转型轻晶圆厂SiP模组设计趁势崛起

SiP模组设计渐受重视，在全球IDM大厂释出代工订单下，台湾SiP供应链因此受惠；又伴随着应用市场追求更高弹性、多元功能需求，模组设计能力成为关键的环节，不仅硬体供应须完备，软体能力也不可或缺。
2010年8月，台湾封测双雄之一的日月光，完成收购环隆电气股分，堪称台湾近3年来最高金额的收购案，环隆电气拥有系统封装(SiP)模组设计、封装及相关射频的测试能力。为什么日月光如此中意环隆电气的射频模组技术？其实，SiP技术抬头，封装技术不再是SiP供应链中举足轻重的角色，模组设计能力反而出线。

SiP迈向专业分工台湾供应链受瞩目

SiP须由完整的供应链实现，从上游晶片设计、模组设计，到后段封装及测试，每一个环节的角色必须互相紧密配合，在维持内部元件介面互通的原则下，增加SiP功能的丰富度。因此，提供SiP服务最大的挑战是SiP各种元件资讯必须顺畅地在供应链中流通。不过，由于台湾半导体产业分工精密，不如许多国际整合元件制造商(IDM)具备化零为整的优势，缺少SiP元件资讯在内部快速流通，以及加速上市时程的优势。

然而情势急转直下，资策会产业情报研究所(MIC)预估，2011年全球IDM大厂被迫释出大量订单，全球半导体产业走向专业分工，除了半导体产业龙头英特尔(Intel)之外，IDM仅着手研发较高整合性的产品，因此投资先进制程的力道趋缓，转而扩大委外代工规模，逐渐走向轻晶圆厂(Fab-lite)。

驱使全球IDM大厂走向轻晶圆最主要原因，是垂直整合的策略缺乏成本竞争力，虽然较分工细的供应链具有加速上市时程的优势，但整体成本效率不彰，必须迁就大规模、高产量的产品。现实面让IDM大厂惊觉自家生产部门欠缺获利价值；另一方面，设计研发部门仍保持较高的利润，因此，IDM走向转型一途，生产制造的比重仅维持在一定的程度，多数产品仍选择委外代工，交由更专业的厂商负责，台湾分工精密的SiP供应链势力因此抬头。

日月光研发中心副总经理余国宠表示，SiP技术重视供应链整合，以往台湾产品在这一项服务十分吃亏，但随IDM式微，台湾厂商在SiP的供应链地位渐显，日月光更担任SiP供应链中封装测试的要角。

观察近年来的趋势，IBM、摩托罗拉(Motorola)受产业精密分工现象波及，据了解，IBM在2010年约60%的营收来自服务，明显降低生产制造部门的比重，藉此减缓受景气循环的冲击；超微(AMD)的生产制造比例逐年下滑，除高阶中央处理器(CPU)仍亲自操刀，绘图处理器(GPU)多已委外代工；德州仪器(TI)则在40奈米制程之前止步，大部分的封装也交由专业代工厂。

这股效应同样蔓延欧洲半导体产业，连日本也难逃一劫。由于日本产业风格保守，步入轻晶圆厂的速度较慢，竞争力不彰，近年遭邻近的韩国企业三星(Samsung)重挫，包括瑞萨电子(Renesas Electronics)、东芝(Toshiba)、索尼(Sony)、Panasonic。瑞萨电子SiP开发部经理海野雅史(图1)表示，顾及市场需求不稳定的风险，瑞萨电子选择降低自家产能，并以大面积晶圆搭配微小化的晶片，以提高产能效率。一旦求过于供，随即采取委外代工的方式，同时达到建构晶圆网路的策略。

图1 瑞萨电子SiP开发部经理海野雅史表示，瑞萨电子SiP以微小化为技术特色，积极抢攻消费性电子。
CSP突破封装技术 模组设计角色吃重

受IDM大厂转型趋势的影响，台湾SiP供应链逐渐抬头。值得注意的是，封测厂虽然也逐步扩大产能，但并非因此成为SiP供应链中的焦点，反而是SiP模组设计服务的提供者更加受到青睐，主要的原因是封装技术也逐渐变革。

佐臻董事长梁文隆表示，晶圆级封装(CSP)和封装级封装(POP)技术的发展，使封装技术门槛降低，封测厂失去掌握SiP模组的技术主导权，未来决定封装元件优劣的指标仅剩良率；倒是SiP可透过模组设计增加产品弹性，足以决定SiP的整体功能配置和应用发展，在这个全球专业化的趋势中脱颖而出。

CSP是目前业界发展出尺寸最小的封装技术，几乎可达到已知良裸片(KGD)的大小，相较之下，旧有的多晶片封装(MCP)、COB(Chip On Board)等技术，其封装尺寸皆相形见绌。随CSP技术逐渐成熟，可望成为SiP内部元件的主流封装技术，而这样的封装技术通常在晶圆厂阶段就已经完成，并不会经手矽品、日月光等封测厂。因此，SiP封装技术逐渐标准化，CSP封装结构几乎顺从规范，大幅缩短从晶圆厂到系统厂之间所耗费的时间，并可针对不同应用拼凑出不同的模组设计。若依此架构发展SiP供应链，处理器和记忆体之间的高速整合，以及射频元件的设计成为较关键的议题，促使SiP模组设计地位渐显。

梁文隆指出，台湾产业分工精密，系统、封装商鲜有交集，但SiP价值在于为整个产业链寻找共同目标，且产品必须被市场大量应用，模组设计商因此担任SiP供应链重要的中介者。佐臻逐步累积资产，从最初的元件供应商，蜕变成射频模组设计商，甚至后来内部组成系统研发团队，补强自家更多SiP供应链的周边能力，唯一没有投入的环节就是封装。

这同时也解释为什么日月光强调获得SiP模组设计能力的重要性，日月光购并的环隆电气拥有SiP射频模组设计、模组封装及相关射频的测试能力，日月光可藉此强化模组设计能力，达到整合各式各样无线通讯元件的产品，包括无线区域网路(Wi-Fi)、调频(FM)、蓝牙(Bluetooth)等。余国宠指出，SiP模组设计应用将成为日月光未来最主要的开发市场。

加值效果大SiP模组厂扮要角

事实上，模组须具备的封装技术和IC晶片所采用的封装技术并不同，模组封装十分着重表面黏着技术(SMT)并使用被动元件，因此仅需低阶设备就可达成模组封装。由此可知，SiP模组重视的并不是封装技术，而是设计能力，进而发挥相当高的加值效果。

钜景总经理王庆善表示，SiP发展模式如同系统单晶片(SoC)，最初虽沦为代工，但到后来逐渐可提供解决方案、设计等，SiP将会从原本纯粹的技术演进成完整的产业链，但不局限于半导体产业中任何一个环节。由于SoC发展到最后，势必面临异质整合瓶颈，更加衬托SiP具备高附价值的特色，可发挥更大的整合特性，足以超越摩尔定律(Moore's Law)。

钜景于2010年终推出全球卫星定位系统(GPS)、Wi-Fi和蓝牙的解决方案。王善庆强调，不同的无线射频技术须确立正确的市场定位，如GPS功能可以提供在地化服务(表1)。 [!--empirenews.page--]


余国宠认为，厂商若要承接SiP模组设计的业务，必须具备完整的模组设计能力，尤其是各种层面的技术，才能在竞争激烈的SiP供应链中取得优势，以提供低成本的服务吸引客户，并与对手差异化，发扬SiP的精神。也就是说，SiP模组厂商必须达成客户具有成本效益的解决方案，并让产品产生市场差异、提高现有产品制程良率、营运商的效率、改进设计规格，最重要地，产品能进入量产阶段并降低成本，同步掌握客户未来产品的规画。

余国宠表示，设计能力即SiP模组厂与晶片设计大厂沟通的语言，让具备设计能力的两造得以对话。一旦供应链上下得以沟通，有助双方取共识，并进而促成交易。日月光透过先进封装技术、模组设计及原来具备的封装规模，容易满足客户大产能的需求，可进一步在后段封装测试服务中扮演重要的角色。

先进封装加持SiP模组效能涨

日月光同时布局模组设计和先进封装技术，藉此达到相辅相成的效果。余国宠进一步说明，所谓的先进封装技术指的是IC封装及嵌入式(Embedded)技术，由于未来SiP模组技术具有很大的差异化，但进入一般封装服务的门槛相对降低，若能提供完整的解决方案，便可从设计的角度思考整体系统效能。

IC封装技术属于先进封装，最显著的效果在于封装尺寸微缩的程度、遮罩(Shielding)对于降低电磁干扰(EMI)的能力。由于目前主流的技术采用金属引线(Metal Lead)，是透过焊接金属加工所制造，误差范围及厚度皆大，作为电磁干扰的遮罩效果不佳。若采用密合式遮罩(Conformal Shielding)和封模(Moding)等IC封装技术(图2)，则可大幅提升效能，且维持小尺寸，尤其适合应用在轻薄短小的行动装置。此外，模组封装也加入嵌入式技术，如整合被动元件(IPD)，由于很多被动元件占模组相当大的面积，因此被动元件可采用内埋技术，把元件植入基板内部，以减少厚度。IC封装技术最常应用在无线通讯模组，如Wi-Fi、蓝牙、GPS和调频，因此适合手提式装置应用包括智慧型手机和平板装置。

图2 资料来源：矽品
先进封模技术可以提升SiP模组微小化的效果。
和模组设计技术如同如积木般具有弹性，客户可拥有高度客制化，以满足不同的应用需求。日月光布局许多先进封装技术，包括整合被动元件、嵌入式技术、三维(3D)IC、矽材基板(Silicon Interposer)，及无线射频模组设计能力。余国宠认为，当与客户进行晶片封装交流(CPI)的合作时，日月光将可利用不同层面的核心技术，发挥加速上市时程的优势，并满足不同客户的需求。若从应用市场来看，先进封装

跳脱代工服务SiP模组争取主导权

晶片设计业者每半年就推出新的晶片，导致模组厂必须配合更换SiP内部的元件，加上晶片商的价格透明，迫使模组厂的价格容易被摊在阳光下。一旦市场定位错误，模组厂商的模组恐无法在竞争激烈的市场发挥效益，承受惨痛代价。

梁文隆感叹地表示，台湾SiP模组厂商都在替晶片设计商做代工，拚生产数量并刺激产能，大部分的SiP模组厂商几乎都为单一厂商的元件系统作模组设计，如佐臻和德州仪器密切合作，射频模组中的主要元件都由德州仪器提供。其实，与德州仪器的合作并非佐臻所能选择，主要取决于德州仪器提供平台、驱动器等协助的意愿。

晶片厂商虽是模组厂重要的合作夥伴，却也成为无形的敌人，束缚模组厂商主导的能力。梁文隆指出，以前都是这些晶片厂主宰SiP供应链，因为他们掌握元件来源，若要突破现状，除了需要时间，必须以设计能力、经验和市场规模说服更多晶片厂商。

佐臻下一步计划整合不同厂商的晶片，并达成不同的元件间的互通性，发挥产品价值，进而将SiP的商业模式发扬光大。钜景则已经累积相当广泛的资源，包括记忆体和射频元件，达成与不同晶片厂商合作，最主要的原因是经验的累积。但现阶段而言，多数SiP模组厂商仍选择特定的晶片合作厂商，以Wi-Fi元件为例，供应商包括德州仪器、迈威尔(Marvell)、创锐讯(Atheros)和博通(Broadcom)(图3)。

图3 海华推出WiGig的60GHz无线射频模组，涵盖双模Wi-Fi晶片与60GHz架构，可与Wi-Fi相容。

由于规模较大的手机系统厂倾向直接从晶片原厂取得元件，并不会透过模组厂商；因此SiP模组厂所提供的代工服务，必须拿到相对价格低的元件，进而销售给其他可获得利润的二线系统厂商。因此，SiP通讯模组技术厂商必须谨慎评估，衡量如何得到第二线、第三线厂商的支持，进而扩大自家市场规模。梁文隆强调，SiP并非一味追求微型化，最佳化才是SiP的目标，决定整合什么元件到系统内部，必须符合客户需求和市场需求，实现加速上市时程的价值。

SiP设计最佳化必须考虑成本、功能及上市时间，以及允许系统厂商容易进行设计变更。值得注意的是，产品历经设计变更时，核心部分不必太大调整，仅须维持良率并加速上市时间，即可发挥系统价值。若没有在此架构下，SiP就必须建置在印刷电路板上，导致额外增加一个载具。

添软体研发能力SiP建构完整行动系统

目前SiP重要的市场为嵌入式应用，包括行动装置、可携式产品，最能够反映出SiP技术应用的方向。至于纯粹的射频SiP都具备通讯功能，属于子系统，并非一个完整的系统功能。完整的系统架构必须包含CPU或微处理器(MPU)，加上快闪记忆体、电源管理等，才算是完整的SiP系统。梁文隆指出，目前多数台湾厂商提供射频模组，必须依附于处理器，相较之下，佐臻专注在射频模组设计和软体及驱动器的支援，藉此掌握SiP技术的关键，避免沦为代工封装技术，否则交由封测厂就可达成。

目前嵌入式产品都以安谋国际(ARM)平台为基础，其效能与日俱增，现已可以达到1G～1.5GHz，加上双倍资料率(DDR)、快闪(Flash)记忆体及无线元件，完整的SiP不仅涵盖硬体，软体应用能力也关键至极。

钜景也提出相同的蓝图，整合中央处理器、数位讯号处理器(DSP)和记忆体，建构完整的SiP系统。但王庆善强调，建构类似的SiP平台并非只靠硬体，必须同时掌握软体能力，尤其行动装置平台多元，系统厂商的选择考验SiP模组商的整合能力，钜景提早投入Android平台的研发，也发展Linux平台环境。 [!--empirenews.page--]

整合处理器的SiP困难之处，在于系统和封装厂商无法彼此搭配，且封装需要有数量，SiP必须兼顾系统、封装和射频的能力，横跨硬体和软体，考验产业链多重技术的整合。

射频技术繁杂模组测试设备投资须谨慎

对于台湾SiP模组设计商而言，投资正确的元件是艰钜的挑战，因为将连带影响测试设备的支出。除创意电子外，台湾大部分提供SiP服务的厂商如钜景、海华、科统、佐臻皆没有产出晶片，若产品在市场上没有达到一定程度的规模和产量，欲回收投资成本相当不容易，因此须通盘考量众多的因素。佐臻研二处副总经理林文雄指出，SiP模组厂商主要的挑战是测试设备的投资、各国射频认证及获得基频元件授权的高门槛。

SiP测试设备的投资中，通常新技术测试须委外代工，交由专业的测试厂执行，若技术成熟，SiP模组厂将逐步添购测试设备。然而，无线射频技术繁杂且发展快速，如2.4GHz无线射频技术Wi-Fi就可细分数种类别，且随时间演进更新，而各种测试设备皆不相同，目前已发展到5GHz或60GHz频段。

林文雄表示，如果SiP模组厂商有意跟进，必须了解市场的趋势并掌握客户需求，否则将入不敷出。此外，如果欠缺对特定技术的投资，恐降低与他人竞争的实力，容易陷入两难(图4)。

图4 射频测试项目繁杂，测试设备投资也是一大笔开销，SiP模组厂商须审慎考量。
此外，无线射频技术众多，却也是一种有限资源，具有相当繁杂的测试规范，相关无线模组产品一旦输入其他国家，恐面临通过各国法规认证的考验。由于无线射频归类于消费性电子产品，每个国家担心其无线电受到干扰，因此采取认证机制，以确保某些频道不被相关应用产品干扰。

至于SiP模组厂商跨入3G/4G基频处理器同样困难重重，申请执照得缴交可观的保证金及报名费用，晶片厂商也将评估SiP模组厂商是否具有设厂规模及产量，再决定开出新的CSP与否。再者，已经有能力和资本投入的厂商势必大有来头，台湾SiP模组厂相较下难以匹敌。基频也存在多重测试门槛，包括互通性(IOP)测试、营运商相容性测试、个人电脑和印刷电路板行动测试，以及换手(Handover)能力测试等，必须随处皆可连上基地台，适应各家厂商的交换器。

另外基频除了不开放之外，另一个原因是媒体存取控制(MAC)基频和射频的部分皆落在2GHz频段以下，都可以用单一制程生产，除了功率放大器，本身即可达到微型效果，加上目前主要的应用载具是手机，考虑整合进SiP的意愿低。

林文雄指出，佐臻设备投资主要投入无线通讯的研发设备，另在台湾也有生产设备进行试产，投资前，佐臻会制作一张投资清单，交由生产工厂依据市场的规模和价格进行评估，再进一步决定生产的意愿。

产品为达高量产，测试商设备必须二十四小时运作。虽然提供类似射频测试的厂商，并非如日月光和矽品的封测厂，但无线通讯的量测技术十分关键，条件是提供测试服务的厂商必须投资配合。一旦SiP模组整合处理器和射频元件，还必须依照元件性质分成不同阶段测试，如应用处理器(AP)模组为数位化的元件，可透过系统测试；CPU测试则是高速逻辑讯号量测；另外射频元件的量测则自成一格，前段是做完硬体的SMT和封装，后段是量测和射频，两类测试仪器迥然不同。