随着CMOS电路的特征尺寸越来越小，摩尔定律几乎发挥到了极致，2010年初英特尔、台积电(TSMC)等的工艺制程技术基本发展到了10nm，10nm以下半导体技术将如何发展，业界至今没有定论。摩尔定律的失效，再结合封装集成度的不断提高，催生了系统级封装技术(SiP)的发展。如此SoC与SiP相互融合发展，系统的电路线宽越来越小、电路层面越来越高，集成度越来越高，就衍生了三维的SiP系统封装(3D-SiP)。2014年9月17日香港应用科技研究院有限公司在其举办的“2014应科院科技项目推介会(深圳)”上就结合自主研发的封装技术对3D-SiP封装技术做了非常专业的讲解。
3D-SiP封装的优势包括：在外形尺寸方面，可增加集成度，硅通孔(TSV)微互连方面能够克服叠层封装(POP)和系统级封装(SiP)带来的尺寸限制；应用最新的互连技术后，缩短了互连长度，不仅电性能能够得到提高，芯片功耗也降低了；可实现多样化集成，在同一个封装里面能够集成不同功能的芯片，例如射频、存储、逻辑、图像传感器、MEMS等等。
“工艺和封装技术的发展助力了产品的小型化设计，反过来产品的应用需求又促进了技术的进步。”香港应用科技研究院有限公司感测与集成群组主任工程师谢斌博士说道，“工艺技术的不断开发逐渐形成产品，我们团队在2006～2009年间研究的对象主要是工艺，包括三维集成、晶圆减薄、微孔成型、微孔填充等，然后将这些研发成熟的工艺应用到某些特定的产品上，如图像传感器CIS、LED器件等；近几年又致力于将这些技术推广到具体的产品应用上，包括手机、医疗电子、物联网、高铁等。同时我们又根据这些产品的功能需求去进一步研发技术，技术研发以产品、应用为导向。工艺技术与产品应用的这种关系，我们称之为这是一个互相连通的过程。”
应科院的感测与集成群组团队拥有电性设计、基板设计、芯片-封装-基板协同设计、热-机械设计以及光学设计等技术。其硅通孔(TSV)工艺设计能力经过几年的研发，在微孔填充和凸点制作工艺方面，采用自主研发的添加剂进行电化学微孔填充，凸点高度在20um水平。“这个自主研发的添加剂包括分子的设计、材料的合成和验证等各个方面都是我们自己开发的，已经可与世界一流的企业相媲美了。”谢斌博士说道。应科院在香港有一条系统级封装样品线，里面设备齐全，可进行特殊工艺的研发和试生产，能够为各种类型的厂商包括具有小批量和前沿产品开发需求的厂商提供帮助。
作为一个新兴技术，低成本和高性能是3D-SiP技术推广和应用的主要推动力，它能够被应用于多种电子产品中。下面主要以物联网中的RFID和电力电子中的IGBT应用为例进行说明。
3D-SiP技术在物联网中的应用：从下图射频读写器的发展趋势中可以看到，RFID射频读写器的市场非常大，特别是高频和超高频RFID读写器市场，预计到2015年将占到整个RFID读写器市场的90%左右；集成近场通信(NFC)功能的读写器的市场还远未饱和，预计到2015年它的整体市场收入将有26%的增长。射频读写器整体朝着越来越轻巧、集成度越来越高的方向发展。
“面向这个潜力市场，我们开发的拥有自主知识产权的集成被动器件(IPD)技术——即将被动器件集成在芯片上——能够很好地帮助提高射频读写器的整体集成度，减小产品整体体积。”谢斌博士介绍道，“我们IPD巴伦设计与普通的SMD巴伦设计相比，它能够帮助减小80%的体积。我们的IPD专利设计技术再结合3D-SiP技术应用，读写器模块的体积将大大缩小。”另外，应科院还研发了可调式的射频技术，应用于天线中，能够矫正环境对RFID信号接收的影响，总是校正到一个正确的位置。通过这种智能天线，增强了超高频射频读写器的灵敏度。
3D-SiP封装技术结合其他工艺技术的发展和应用，给予了RFID更多的可能性。RFID的发展形式可以多样化，例如可以将RFID系统级封装集成在卡内，可以做成超高频同时支持近场通信功能的RFID读写器产品，这样它在一个很小的体积内、很高的集成度下拥有了超高频和近场通信两大功能。
3D-SiP技术在电力电子的发展：电力电子中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关频率较宽，虽然MOSFET的开关频率比IGBT的还要大，但IGBT的最大好处在于它能够满足大功率的应用需求，可应用于电动车/混合动力、大数据、新能源、高铁等场景。
谢斌博士认为，现在是中国发展电力电子最好的时机，理由有三：第一，这个市场很大，单在中国每年电力电子的市场就达到千亿规模级别，而且整个市场的利润很高；第二，从国家层面来讲，现在已经开始注重电力电子行业的发展，无论是科技部还是工信部对这些都可能会有千亿规模的资助，来支持电力电子在国家层面的发展；第三，电力电子行业的准入门槛很高，这就意味着当前的竞争对手还不多，电力电子行业的制造商数量只有微电子行业的制造商的一个零头，所以说，一旦我们跨过这个门槛，那么势必就会进入一个市场很大、利润很高、国家政策扶持力度大且竞争对手又少的行业。
电力电子(IGBT)与微电子的差别很大，如上图所示，它的功率更大、热流密度更高，可靠性和产品使用寿命要求更是非常高，另外冷却方式不同于微电子用强制空冷而是需要采用液冷的方式。基于它大功率、高散热性的这种特性，谢斌博士表示，它将朝着这两条路去发展：一是要求采用不同的互连技术包括引线框、铜引线、镀铜等去发展；二是基板技术需要进一步提升，包括氮化硅的基板、氮化铝的基板，以及可以大大提高产品可靠性的全塑封模块技术等(应科院自主研发了三维全塑封功率模块)。
应科院大概在三年前就开始布局这个市场，拥有各种专利技术，且产品已经经过小批量生产和验证。在三维IGBT模块方面，不同于传统打线方式，应科院成功开发了全新的无焊线封装技术，并将进一步研发三维全塑封技术以大幅度提升IGBT模块的整体电、热性能及可靠性。相信这对准备进入电子电力行业的厂商来说，应科院的技术将能够为这些厂商提供很好的服务，并能够帮助他们更为快速地进入到这个市场。
