不知不覺中,我們正在經歷著新一輪的工業革命。物聯網時代的到來(lai)推(tui)動著千行百業朝著數字化(hua)、智能化(hua)方(fang)向發(fa)展。隨著智能終端的普(pu)及(ji)，人們對(dui)于消費電子(zi)產品的要求(qiu)也(ye)愈發(fa)向著體積(ji)小、重量輕、功(gong)能全以及(ji)低功(gong)耗方(fang)向發(fa)展。
為了能在更小的空間內構建功能更加豐富、針對行業用戶進行深度優化的芯片系(xi)統，系(xi)統級 IC 封裝(SiP，System in Package)成(cheng)為了半導體行業內的新趨勢(shi)，當前(qian)包括奉加微在內的諸多物聯網(wang)通信芯(xin)片原廠紛(fen)紛(fen)開始發力，推出(chu)功能豐富的SiP芯(xin)片產品。
投向物聯網的“重磅炸彈”
封裝曾經是半導體(ti)制(zhi)造過程(cheng)中最容易被(bei)忽視的一(yi)個環(huan)節，但隨(sui)著摩(mo)爾定律逐漸放緩，工程(cheng)師們開始意識到，封裝的優(you)化和創新(xin)對于芯片功能(neng)升級的重要性，而SIP封裝就是當下(xia)封裝技(ji)術(shu)中的重要組成部分。
與從IC設計角度出(chu)發(fa)的SoC，以及可(ke)相(xiang)互進行(xing)模塊(kuai)化組裝的Chiplet不同，SiP封裝簡單地說就是將兩個(ge)(ge)或(huo)多(duo)個(ge)(ge)不同的芯(xin)片整合在(zai)單一(yi)封裝中。全球半導體(ti)封裝大廠安靠對SiP的定(ding)義則為：在(zai)單個(ge)(ge)IC封裝中，包含(han)多(duo)個(ge)(ge)芯(xin)片或(huo)一(yi)個(ge)(ge)芯(xin)片，加上被(bei)動組件、電容、電阻、連接器、天線(xian)等任一(yi)組件以上之封裝，即(ji)視為SiP。
與其他封裝類型相比(bi)，SiP技術優勢十分明(ming)顯，比(bi)如(ru)(ru)可以集成(cheng)不同的(de)有源或(huo)無源元件，形成(cheng)功能完整的(de)系(xi)統或(huo)者子(zi)(zi)系(xi)統；通(tong)過(guo)增加芯片(pian)之間連接的(de)直(zhi)徑和縮短(duan)信號傳輸的(de)距(ju)離(li)，提升性能并降低功耗；應用廣泛(fan)，主(zhu)要應用于消(xiao)費性、通(tong)訊產品(pin)，如(ru)(ru)手機、平板等，以及(ji)5G、物聯網、自(zi)駕(jia)車、智能城市、遠距(ju)醫療等應用相關電子(zi)(zi)裝置及(ji)組(zu)件…等。
圖源：天風證券
在(zai)諸多(duo)應用中，物(wu)聯網可以(yi)說是SiP 的(de)(de)一大推動力。以(yi)物(wu)聯網可穿(chuan)戴設備來說，Yole Development數據顯示，SiP市場(chang)規模預計(ji)從2020年(nian)(nian)的(de)(de)140億(yi)(yi)美元(yuan)(yuan)增長(chang)到(dao)2026年(nian)(nian)的(de)(de)190億(yi)(yi)美元(yuan)(yuan)，可穿(chuan)戴設備SiP市場(chang)在(zai)2020年(nian)(nian)的(de)(de)業(ye)務價(jia)值為1.84億(yi)(yi)美元(yuan)(yuan)，僅占整個消費電子市場(chang)SiP的(de)(de)1.55%，預計(ji)到(dao)2026年(nian)(nian)將達到(dao)3.98億(yi)(yi)美元(yuan)(yuan)，增長(chang)率達14%。
穩(wen)坐全球可(ke)穿戴設(she)備數量(liang)首位的蘋果(guo)(guo)就是堅定看(kan)好(hao)SiP應用的公司，也可(ke)以說是將(jiang)SiP帶(dai)“火”的公司。早在2015年(nian)第一代AppleWatch中，蘋果(guo)(guo)就開(kai)始采用了SiP工(gong)藝，將(jiang)CPU、存(cun)儲、WiFi、觸控(kong)、音頻等30多(duo)個(ge)(ge)獨(du)立組件，20多(duo)個(ge)(ge)芯片，8000多(duo)個(ge)(ge)元器件都集成在1mm厚(hou)度的狹小空間內。
在2020年推出的(de)AirPods Pro中，蘋(pin)(pin)果更(geng)是首次為(wei)其TWS耳(er)機選擇了類似的(de)解決方案——兩種(zhong)(zhong)不同的(de)SiP封裝，一種(zhong)(zhong)用于藍牙連接，一種(zhong)(zhong)用于音頻(pin)編解碼器。甚(shen)至有媒(mei)體爆料，蘋(pin)(pin)果AirPods Pro 2也將基于全新SiP封裝系統(tong)芯片的(de)超強(qiang)算(suan)力(li)支持(chi)，以及蘋(pin)(pin)果優異的(de)降(jiang)噪算(suan)法，將為(wei)用戶提供更(geng)為(wei)舒適的(de)降(jiang)噪效(xiao)果。
從(cong)某種意(yi)義上說(shuo)，類似于智能(neng)手(shou)表、TWS耳(er)機等物(wu)聯(lian)網(wang)可穿戴設備已經成(cheng)為(wei)SiP封裝方案的(de)典型案例。作為(wei)社會的(de)發(fa)展趨勢，萬物(wu)智聯(lian)意(yi)味著未(wei)來將(jiang)有更(geng)(geng)龐雜(za)的(de)終端(duan)體系、更(geng)(geng)多(duo)(duo)元(yuan)化的(de)應用場(chang)景以及更(geng)(geng)多(duo)(duo)樣化的(de)交互方式(shi),未(wei)來終端(duan)電子需要整合的(de)功能(neng)將(jiang)越來越多(duo)(duo)，如何在體積、功耗等條(tiao)件限制下(xia)實現多(duo)(duo)功能(neng)集成(cheng)也將(jiang)成(cheng)為(wei)AIoT行業繞不開(kai)的(de)痛點(dian)。
在此背景下，SiP技術成(cheng)為了助推新時代到來的(de)希(xi)望，但這(zhe)并不意味著研發一款SiP就很容易。SiP封裝(zhuang)的(de)研發是一個系統性的(de)工程，不僅包(bao)含(han)電性能、熱性能、機械性能、可靠性等設計，還有材(cai)料(liao)、工藝的(de)選擇(ze)，更需要對周期、成(cheng)本、供應鏈、風險進行(xing)精確的(de)控制，這(zhe)些都對芯(xin)片企業(ye)提出了極(ji)高的(de)要求(qiu)。
奉加微作(zuo)為(wei)(wei)一家致力(li)于(yu)研(yan)發世界一流的低功耗(hao)射頻(pin)芯(xin)(xin)片技術與自主知識產權的通(tong)信協(xie)議(yi)棧(zhan)的芯(xin)(xin)片原廠(chang)，已(yi)取得芯(xin)(xin)片SiP方(fang)案階段性(xing)成果，目(mu)前其PHY62系列(lie)中已(yi)有6227和6229兩款芯(xin)(xin)片使用了SiP封(feng)裝(zhuang),可以為(wei)(wei)AIoT提供靈活、安(an)全、多功能(neng)、高性(xing)價比(bi)的低功耗(hao)無線通(tong)信芯(xin)(xin)片和方(fang)案。
在奉加微看來，SiP方(fang)案不僅可以(yi)大幅縮(suo)減方(fang)案的(de)(de)封(feng)裝(zhuang)體積，實現(xian)超小型設備(bei)的(de)(de)智(zhi)能(neng)化(hua)，還能(neng)夠通過集成(cheng)針對(dui)各行業應用(yong)的(de)(de)各種不同的(de)(de)傳感(gan)器、存(cun)儲器和驅動電路，實現(xian)多功(gong)能(neng)集成(cheng)，提(ti)高方(fang)案的(de)(de)性能(neng)、可靠(kao)性和多樣化(hua)。更重要的(de)(de)是，SiP方(fang)案還能(neng)有效降低(di)成(cheng)本，推動智(zhi)能(neng)設備(bei)的(de)(de)普(pu)及和大規模商(shang)用(yong)；并且支持客(ke)戶的(de)(de)深度化(hua)定制方(fang)案，提(ti)高封(feng)裝(zhuang)效率，縮(suo)短產品上(shang)市周期(qi)。
圖源：奉加微
SiP芯片，物聯網應用全面開花
對(dui)于(yu)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)產業鏈(lian)而言(yan)，SiP集(ji)成(cheng)方案在成(cheng)為物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)下游終端客戶(hu)明智之選的同時，自然也成(cheng)為了(le)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)上游通信芯片原廠的發(fa)力(li)重點(dian)。
奉加微PHY6227、PHY6229兩(liang)款芯(xin)(xin)片(pian)就是在其低功耗(hao)核心產品PHY6226的基礎(chu)上，通過SiP技術，分別合封(feng)了G-sensor、Sensor Hub以適配各類低功耗(hao)高(gao)精度傳(chuan)感器的采樣需(xu)求(qiu)。PHY6226是奉加微于2022年(nian)推出新一(yi)代藍牙芯(xin)(xin)片(pian)產品，支(zhi)持BLE 5.2和Zigbee多通信模式共(gong)存，集成了超低功耗(hao)的高(gao)性能多模射頻收發機，接收靈敏度達到-99dBm@BLE 1Mbps。
去年7月，奉加(jia)微(wei)(wei)高性能(neng)ZigBee 3.0協(xie)議棧獲得了連接標準聯盟 (CSA, 前(qian)身ZigBee Alliance)的(de)(de)平臺認(ren)證，奉加(jia)微(wei)(wei)也(ye)因(yin)此成為第二家獲得CSA Zigbee認(ren)證的(de)(de)大陸企業，這意味著奉加(jia)微(wei)(wei)PHY6227、PHY6229芯片皆能(neng)夠實現基于(yu)ZigBee 3.0協(xie)議的(de)(de)各項功能(neng)。
更(geng)重要(yao)的是，在合(he)封了(le)不同(tong)傳感器(qi)(qi)之后，PHY6227、PHY6229可以在PHY6226原有優(you)(you)勢(shi)的基礎上，結合(he)傳感器(qi)(qi)的優(you)(you)勢(shi)，分別應對不同(tong)的場景(jing)和方案。
PHY6227
奉加微電(dian)子、阿(a)里云IoT事業(ye)部、矽睿(rui)科(ke)技聯合研制(zhi)的PHY6227作為一款(kuan)支(zhi)持BLE 5.2功能的物聯網通信芯片，集成(cheng)ARM Cortex-MO 32位處理器、128KB-8MB閃存、96KB ROM、256位efuse，具備超低(di)功耗、高(gao)性(xing)(xing)能、多模式(shi)無線(xian)電(dian)等多種功能，還(huan)可以通過安全性(xing)(xing)、應(ying)用(yong)程序和無線(xian)下(xia)載更(geng)新來支(zhi)持BLE，其串行外設IO和集成(cheng)應(ying)用(yong)IP更(geng)是能夠盡可能降低(di)客戶(hu)產品(pin)的制(zhi)造成(cheng)本。
這款芯片的獨特之處在于，其具有低噪聲、高精度、低功耗和失調調整的三軸加速度計。在G-Sensor的加持下，PHY6227憑借高集成度的性能已經成功應用于健康穿戴和智慧農業等領(ling)域的(de)超輕量(liang)級的(de)生(sheng)物信息監控裝置(zhi)上(shang)。
當前(qian)，智慧牧場已經成為(wei)主(zhu)流發展趨勢，國內大(da)部(bu)分規模牧場已經步入數據化(hua)、智能化(hua)階段(duan)，而(er)數據獲取的(de)第(di)一步，就是(shi)諸如牛項圈、雞腳環、豬耳標等養殖檢測(ce)設備。從這個角度來看，PHY6227的(de)SIP方案有著極大(da)的(de)優勢。
一方(fang)面，對于(yu)農(nong)畜(chu)牧(mu)業(ye)養殖設(she)備來說，最(zui)重(zhong)要也是最(zui)主要的需求就(jiu)是設(she)備的超輕量(liang)級(ji)和超小(xiao)尺寸，否則就(jiu)會影響牧(mu)畜(chu)的正常(chang)養殖，更嚴重(zhong)者，甚(shen)至(zhi)會影響生命健康(kang)，而(er)奉(feng)加微PHY6227由于(yu)采(cai)用了SIP方(fang)案，有效減少體積和重(zhong)量(liang)。
另一方面，智(zhi)慧牧(mu)場(chang)(chang)的本質就(jiu)在(zai)于通(tong)過數(shu)據統計(ji)，掌握飼喂情(qing)況，幫助牧(mu)場(chang)(chang)提(ti)升管理(li)效益。以牛(niu)項圈為例，其(qi)主要(yao)作用就(jiu)是(shi)用于檢測奶牛(niu)的活動(dong)(dong)，計(ji)算奶牛(niu)運動(dong)(dong)步數(shu)，通(tong)過計(ji)步器，判(pan)定奶牛(niu)們的活動(dong)(dong)軌(gui)跡，然后再根(gen)據活動(dong)(dong)軌(gui)跡，判(pan)斷(duan)哪頭奶牛(niu)處于“亢奮狀態”，從(cong)而進行人工(gong)授(shou)精(jing)。PHY6227合封的G-Sensor就(jiu)可(ke)以在(zai)此過程(cheng)中充(chong)分發揮其(qi)性(xing)能(neng)，在(zai)主控芯片BLE的驅(qu)動(dong)(dong)下(xia)，G-Sensor能(neng)夠監測牧(mu)畜運動(dong)(dong)量等相關(guan)信息并上報云端，實(shi)現智(zhi)能(neng)化管理(li)，不僅(jin)可(ke)以提(ti)高牧(mu)場(chang)(chang)管理(li)效率，還能(neng)提(ti)高動(dong)(dong)物健康水平(ping)。
圖源：矽睿科技
當然，除了生(sheng)物(wu)信息監(jian)控裝置，健康穿戴也是PHY6227的(de)運(yun)用領域之一。
隨著(zhu)智能手表、TWS耳機(ji)等產品(pin)普及(ji)(ji)度的加深，健(jian)康穿戴設備對小型化的要求越來越高，不同工藝的外設、主控(kong)、存儲和電源進行SiP深度整合，為該需求提供了最(zui)優的解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。PHY6227采(cai)用針對低功耗需求的SoC架構定義，以及(ji)(ji)超(chao)低功耗射(she)頻(pin)收發機(ji)和通信基(ji)帶，可以實現最(zui)低的峰值、平均(jun)和休眠(mian)功耗，進而保證(zheng)智能戒指(zhi)超(chao)長(chang)時(shi)間待機(ji)。
總而言之，奉加微PHY6227芯片集成了超輕量級、超小尺寸、高性價比、低功耗、易上手推廣等多個優點，可以滿足物聯網連接設備的諸多要求。
PHY6229
作(zuo)為奉加微(wei)另一款采用(yong)SIP方案的芯片，針(zhen)對物聯網傳感(gan)器的多樣性(xing)需求，PHY6229提(ti)供了低功耗(hao)、高(gao)精度的Sensor Hub，且(qie)Sensor Hub與主控(kong)芯片之間可實(shi)現(xian)相互獨(du)立工(gong)作(zuo)，形成雙核(he)協(xie)調工(gong)作(zuo)，可適配各類家居、工(gong)業(ye)等無線傳感(gan)器的應用(yong)場(chang)景。
眾(zhong)所周(zhou)知，當前聲、光、電、熱、力、位置等傳感器是物聯網(wang)SiP實現智能化的(de)主要需求，在高精(jing)度(du)低功(gong)(gong)耗Sensor Hub的(de)助力下，目前PHY6229已經成功(gong)(gong)運用于交直流(liu)計量、健康監測、工業控制等領域。
以家庭健(jian)康監測(ce)(ce)場(chang)景為例，集成PHY6229的(de)手指(zhi)夾式血氧儀支持脈動式血氧測(ce)(ce)量的(de)LED傳輸和(he)接(jie)收路徑，基于(yu)智能保留(liu)算(suan)法和(he)數據校準方(fang)案，保證高(gao)效(xiao)率和(he)高(gao)精確度(du)的(de)臨(lin)床測(ce)(ce)量，可通過BLE連接(jie)到智能手機等設備(bei)，將(jiang)信息傳輸至云端，實現健(jian)康數據監控(kong)。工業級(ji)場(chang)景應用下，以PHY6229作為主控(kong)芯片的(de)無(wu)線溫度(du)監控(kong)設備(bei)具(ju)有體積小、功耗低、測(ce)(ce)溫精準、性價比(bi)高(gao)等優(you)勢，通過大(da)面積無(wu)線組網實現區塊范圍內所有設備(bei)的(de)操(cao)控(kong)，即時上傳數據實現高(gao)溫告警，實現智能化管理。
寫在最后
當前，中國作為全球最(zui)大的物(wu)聯網市場，IDC最(zui)新預測數據顯示，中國物(wu)聯網企(qi)業級市場規模將在2026年達到2,940億美元，復(fu)合增長率（CAGR）13.2%。
圖源：IDC中國
隨(sui)著物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)的快(kuai)速興起，毫無疑問系統級(ji)SiP芯片也(ye)將迎來(lai)(lai)快(kuai)速發(fa)展機遇。奉加微(wei)作為一家成熟(shu)的物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)通信領(ling)域的芯片原廠，根據客戶需求提供高質量的深(shen)度定(ding)制方案，伴隨(sui)未來(lai)(lai)芯片性能更(geng)強、體積更(geng)小的需求，持續(xu)深(shen)耕SiP封裝集成方案，為未來(lai)(lai)千億級(ji)物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)市場(chang)發(fa)力(li)蓄能。
