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VR設備輕薄化趨勢下，SiP封裝成關鍵
發(fā)布時間：2022-12-06 17:14:53 瀏覽：57次 責任編輯：騰盛精密
VR/AR等智能穿戴設備的小型化，對硬件芯片提出了體積要求，如何在更小的空間內(nèi)構建功能更加豐富的芯片系統(tǒng)成為難題。系統(tǒng)級封裝（Syste in Packag，SiP）成為VR賽道上的玩家首選，從晶圓制造到封裝的半導體供應鏈上的廠家有望成為直接受益者。
競逐元宇宙賽道
VR/AR產(chǎn)業(yè)迎來高速發(fā)展期
元宇宙被認為是下一代互聯(lián)網(wǎng)的流量密碼，而VR（虛擬現(xiàn)實）作為元宇宙重要入口，當前已經(jīng)成為炙手可熱的賽道。
隨著交互技術進步以及5G網(wǎng)絡加速普及，VR生態(tài)內(nèi)容不斷優(yōu)化、受眾群體快速擴張，VR新品頻出，谷歌、蘋果、騰訊、華為等科技巨頭紛紛提前布局。
▲2016-2024年全球VR出貨|圖源：安信證券
根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)，2021年全球VR頭顯出貨量達1095萬臺，全球 VR 設備出貨突破千萬臺，行業(yè)迎來高速發(fā)展期。2022年上半年，索尼、松下、小派科技等多個廠商陸續(xù)推出VR頭顯新品。而下半年Pico、創(chuàng)維和Oculus的發(fā)售計劃也在進行，其中Pico Neo4于國內(nèi)9月27日召開新品發(fā)布會；創(chuàng)維 Pancake1于8月上市，年底將上市Pancake 1 Pro。Meta、Pico即將發(fā)布VR新品，蘋果MR備受關注。據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年Q2全球VR頭顯出貨量233萬臺，其中Meta出貨量為182萬臺，居全球第一；Pico出貨量為26萬臺，居國內(nèi)第一。
在“元宇宙”概念加持下，VR/AR行業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，高景氣有望持續(xù)。
VR一體機為終端發(fā)展趨勢
更輕、更薄
隨著半導體應用市場對于芯片性能的不斷追求，芯片制造的成本也在持續(xù)增加，創(chuàng)新的先進封裝技術的出現(xiàn)也成為必然。對于傳統(tǒng)封裝方式的創(chuàng)新，促成了晶圓級封裝技術的“應運而生”。
從結構簡單的VR眼鏡，到VR頭顯，再到近年來興起的VR一體機，VR設備硬件逐步升級換代。
最初為了畫面的清晰呈現(xiàn)，VR頭顯需要和電腦或手機連接，以此提高芯片處理性能和儲存能力。但隨著消費者對VR設備無繩化、輕便化的需求提高，市面上便出現(xiàn)了具備獨立處理器的VR一體機。
綜觀市面上的VR裝置，從Meta旗下的Oculus Quest 2、HTC的VIVE Focus 3、愛奇藝旗下VR廠商愛奇藝智能Dream VR，一直到中國VR硬體領導廠商Pico推出的Neo3系列，全都為一體式的設計。
▲Pico Neo3一體機
VR一體機為終端發(fā)展趨勢，顯示屏、芯片、光學器件成本占比最高。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院2021年數(shù)據(jù)，顯示屏、芯片、光學器件占據(jù)了VR一體機的主要成本， 分別占比約 33.9%、43.7%、5.5%。
其中，Pancake方案的光學路線是折疊光路，優(yōu)勢在于減重和變焦，能夠?qū)崿F(xiàn)更短的光路設計，從而大幅縮小產(chǎn)品體積，實現(xiàn)產(chǎn)品減重，同時提高VR頭顯的佩戴舒適度。今年新發(fā)布的或即將發(fā)布的VR設備大都采用了Pancake方案。
▲Pancake方案原理|圖源：安信證券
Pancake光學主要依賴光的偏振特性，通過在光學系統(tǒng)內(nèi)來回反射，光經(jīng)過多次反射后利用率低，因此頭顯需要搭配高亮度屏幕。當前的VR設備為兼顧分辨率、刷新率以及生產(chǎn)成本，主要應用Fast-LCD屏幕。同時，高分辨率、高刷新率的Micro OLED以及Mini LED也擁有良好的發(fā)展前景。
Mini LED是傳統(tǒng)LED背光基礎上的改良版本，作為LCD面板的背光源使用。但Mini LED背光滲透率有望提升，被視為是Micro LED的過渡期。Micro OLED可以在維持相近分辨率水平的基礎上顯示面積更小的OLED，使得它擁有更高的像素密度(PPI)，微米級別的像素間距，成像效果更優(yōu)秀。
Micro LED具備低功耗、高亮度、高對比度、反應速度快、厚度薄的性能優(yōu)勢，有望成為VR顯示技術的最終解決方案，但當前受限于巨量轉(zhuǎn)移技術尚未突破，量產(chǎn)難度較高。
一體式VR更看重系統(tǒng)整合的能力。VR所需的芯片，包含傳感器、Wi-Fi，以及多顆運算芯片（如CPU、GPU、NPU）等，加起來會有超過10顆以上的裸片，它們都來自不同的晶圓廠，制程也有差異。
▲松下MeganeX
要達成一體設計，VR裝置就需在更小的空間內(nèi)整合更多的芯片，并且提供高解析度與足夠的運算能力。其中，系統(tǒng)級整合能力則是關鍵。目前市面上VR硬件搭載的芯片大多數(shù)是高通的驍龍系列芯片。但是一想到智能手機行業(yè)被高通芯片支配的恐懼，一些企業(yè)早早地為VR硬件布局自研芯片。蘋果作為科技行業(yè)的風向標，其VR硬件都傾向于采用自研的芯片，那么其他廠商大概率會效仿，因此自研芯片可能會是VR硬件的未來發(fā)展方向。
同時，VR/AR等智能穿戴設備的小型化，對硬件芯片提出了體積要求，如何在更小的空間內(nèi)構建功能更加豐富的芯片系統(tǒng)成為難題。
SiP封裝技術成為VR設備的關鍵
系統(tǒng)級封裝（Syste in Packag，SiP）成為VR賽道上的玩家首選。SiP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器、FPGA等功能芯片集成在一個封裝內(nèi)，從而實現(xiàn)一個基本完整的功能。與系統(tǒng)級芯片（System on Chip， SoC）相對應，不同的是系統(tǒng)級封裝是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，而 SoC 則是高度集成的芯片產(chǎn)品。
▲圖源：電子制造技術
由于體積過小，無法每顆芯片都封裝，因此采用裸片的方式疊在載板上，再進行封裝，縮小芯片并騰出更多位置擺放電池，這也是現(xiàn)在VR裝置的設計方式。
與其他封裝類型相比，SiP 技術有四大明顯的優(yōu)勢：
1.能夠?qū)⑿阅懿煌挠性椿驘o源元件集成在一種 IC 芯片上，并且能夠集成復雜的異質(zhì)元件，從而形成一個功能完整的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。
2.通過增加芯片之間的連接的直徑和縮短信號傳輸?shù)木嚯x，可以提升性能并降低功耗，這反過來又可以降低驅(qū)動這些信號所需的功率。
3.所有模塊和 chiplet（小芯片）都在一個封裝中，讓 IP 復用變得簡單。
4.不同的芯片排列方式，與不同的內(nèi)部接合技術搭配，使 SIP 的封裝形態(tài)產(chǎn)生多樣化的組合，并可依照客戶或產(chǎn)品的需求加以定制化或彈性生產(chǎn)。
SiP封裝制程按照芯片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝焊兩種。
引線鍵合封裝工藝
▲圖源：電子制造技術
倒裝焊工藝流程
▲圖源：電子制造技術
SiP封裝制程按照芯片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝焊兩種。在SiP工藝中，點膠和劃片是十分重要的步驟，技術要求非常嚴苛。
Tensun騰盛為了滿足更加緊湊的電子器件布局，專門針對芯片級點膠開發(fā)的高精度自動點膠機Sherpa91N配合典型膠材，可實現(xiàn)極高的噴射膠點位置重復精度及膠量穩(wěn)定性，實測結果顯示，其芯片級Underfill最窄KOZ能做到0.21mm、最小單點直徑0.21mm。
在半導體精密劃片領域，Tensun騰盛亦有創(chuàng)新。晶圓劃片設備采用全自動切割系統(tǒng)，高低倍雙定位識別影像系統(tǒng)，能夠自動完成上料、位置校準、切割、清洗/干燥、下料等工序，雙主軸同時切割，適用多材料多尺寸加工；基板劃片設備采用雙工位自動切割&分選一體機，實現(xiàn)了兩大工序合一，可大大提升封測廠商生產(chǎn)效率。
VR浪潮最直接的受益者將會是從晶圓制造到封裝的半導體供應鏈。Tensun騰盛作為國內(nèi)最早研制12吋切割設備的企業(yè)，將時刻做好技術儲備，成為行業(yè)內(nèi)技術領先且值得信賴的半導體精密設備制造企業(yè)。
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聲明：本文部分內(nèi)容參考出處有：
1.「VR設備行業(yè)研究深度報告 」，來源：未來智庫
2.「SIP封裝工藝流程」，來源：電子制造技術
3.「VR硬件進化史：從“盒子”到“籠子”」，來源：OFweek VR網(wǎng)
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