不知不覺中,我們正在經歷著新一輪的工業革命。物聯網時代的到來推動著千行(xing)百業朝著數字(zi)化、智能化方向發(fa)展(zhan)。隨著智能終(zhong)端的普及(ji)，人們對(dui)于消費電(dian)子產品的要求也愈發(fa)向著體積小、重量輕(qing)、功能全(quan)以(yi)及(ji)低功耗方向發(fa)展(zhan)。
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統(tong)，系統(tong)級 IC 封裝(SiP，System in Package)成(cheng)為了半導體行(xing)業內(nei)的新趨勢(shi)，當前包括奉(feng)加微在內(nei)的諸多物聯(lian)網通信芯片原廠(chang)紛(fen)紛(fen)開始發(fa)力，推(tui)出功能豐富的SiP芯片產(chan)品。
投向物聯網的“重磅炸彈”
封(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)曾經是(shi)半導體(ti)制造(zao)過程(cheng)中最容易被忽視的一個環節，但隨(sui)著摩爾定(ding)律逐(zhu)漸放緩，工程(cheng)師們開始(shi)意識(shi)到，封(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)的優(you)化和(he)創新對于芯片功能(neng)升(sheng)級的重要性(xing)，而SIP封(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)就是(shi)當下封(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)技術中的重要組成(cheng)部分。
與從(cong)IC設計角度出(chu)發的(de)(de)SoC，以(yi)及可(ke)相互(hu)進行模(mo)塊化組(zu)(zu)裝(zhuang)的(de)(de)Chiplet不(bu)同(tong)，SiP封(feng)(feng)裝(zhuang)簡單(dan)地說就是(shi)將(jiang)兩個(ge)或(huo)(huo)多個(ge)不(bu)同(tong)的(de)(de)芯片(pian)(pian)整合在(zai)單(dan)一封(feng)(feng)裝(zhuang)中(zhong)。全(quan)球半(ban)導體封(feng)(feng)裝(zhuang)大廠安靠對SiP的(de)(de)定義(yi)則為(wei)：在(zai)單(dan)個(ge)IC封(feng)(feng)裝(zhuang)中(zhong)，包含多個(ge)芯片(pian)(pian)或(huo)(huo)一個(ge)芯片(pian)(pian)，加上(shang)被動組(zu)(zu)件、電容、電阻、連接(jie)器、天線等任一組(zu)(zu)件以(yi)上(shang)之封(feng)(feng)裝(zhuang)，即視為(wei)SiP。
與其他(ta)封裝類型相比(bi)，SiP技術優勢十分明顯(xian)，比(bi)如可以(yi)(yi)集(ji)成(cheng)不同的(de)(de)有源或無源元件，形成(cheng)功能完整的(de)(de)系統(tong)或者子系統(tong)；通(tong)(tong)過增加芯片之間連接的(de)(de)直徑和縮短信號傳輸的(de)(de)距離，提升性能并降低功耗(hao)；應(ying)(ying)用廣泛(fan)，主(zhu)要應(ying)(ying)用于消(xiao)費性、通(tong)(tong)訊產(chan)品，如手機、平板(ban)等，以(yi)(yi)及(ji)5G、物聯網、自(zi)駕車、智(zhi)能城(cheng)市(shi)、遠距醫療等應(ying)(ying)用相關(guan)電子裝置及(ji)組(zu)件…等。
圖源：天風證券
在諸多應(ying)用中，物聯(lian)網可(ke)(ke)以說是SiP 的一大推(tui)動力。以物聯(lian)網可(ke)(ke)穿戴設(she)備來說，Yole Development數據顯示，SiP市(shi)場規模預(yu)計從2020年(nian)(nian)的140億美(mei)元(yuan)增長(chang)到(dao)(dao)(dao)2026年(nian)(nian)的190億美(mei)元(yuan)，可(ke)(ke)穿戴設(she)備SiP市(shi)場在2020年(nian)(nian)的業務價(jia)值(zhi)為1.84億美(mei)元(yuan)，僅占整個消費(fei)電(dian)子市(shi)場SiP的1.55%，預(yu)計到(dao)(dao)(dao)2026年(nian)(nian)將達到(dao)(dao)(dao)3.98億美(mei)元(yuan)，增長(chang)率達14%。
穩(wen)坐全球(qiu)可(ke)穿戴設備數量首位的蘋果就是(shi)堅定看好SiP應用的公(gong)司(si)，也可(ke)以說(shuo)是(shi)將(jiang)SiP帶“火”的公(gong)司(si)。早在2015年第一代AppleWatch中，蘋果就開始采用了(le)SiP工藝，將(jiang)CPU、存儲、WiFi、觸控、音(yin)頻(pin)等30多(duo)個(ge)(ge)獨立組件(jian)，20多(duo)個(ge)(ge)芯片，8000多(duo)個(ge)(ge)元(yuan)器件(jian)都(dou)集成在1mm厚度的狹小空(kong)間內。
在2020年推(tui)出(chu)的AirPods Pro中，蘋果(guo)更是首次(ci)為其TWS耳機(ji)選擇(ze)了類似的解(jie)(jie)決方案——兩(liang)種(zhong)(zhong)不(bu)同的SiP封裝(zhuang)，一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)用于藍牙連接，一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)用于音(yin)頻編解(jie)(jie)碼器。甚至有媒體爆料(liao)，蘋果(guo)AirPods Pro 2也將(jiang)基于全新SiP封裝(zhuang)系統芯片的超強算(suan)力支持，以(yi)及蘋果(guo)優異的降噪算(suan)法，將(jiang)為用戶(hu)提(ti)供更為舒適的降噪效果(guo)。
從(cong)某(mou)種意(yi)義上說，類似于智(zhi)能(neng)手表、TWS耳機(ji)等物聯網可穿戴設備已(yi)經成(cheng)為SiP封裝(zhuang)方(fang)案(an)的(de)(de)典型案(an)例。作為社會的(de)(de)發(fa)展趨(qu)勢，萬物智(zhi)聯意(yi)味著未來(lai)(lai)將(jiang)有更龐雜的(de)(de)終(zhong)端體(ti)系、更多元化(hua)的(de)(de)應用(yong)場景以及(ji)更多樣化(hua)的(de)(de)交互方(fang)式,未來(lai)(lai)終(zhong)端電(dian)子需要整(zheng)合的(de)(de)功(gong)(gong)能(neng)將(jiang)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)多，如何在體(ti)積、功(gong)(gong)耗等條件限制(zhi)下(xia)實現多功(gong)(gong)能(neng)集成(cheng)也將(jiang)成(cheng)為AIoT行業(ye)繞(rao)不開(kai)的(de)(de)痛(tong)點。
在(zai)此背景下，SiP技術成為了助推新時代到(dao)來的(de)希望(wang)，但這(zhe)并不意味著研(yan)發一款SiP就(jiu)很容(rong)易。SiP封裝的(de)研(yan)發是一個系統性的(de)工程，不僅包含電性能(neng)、熱性能(neng)、機械性能(neng)、可靠性等設計，還(huan)有(you)材料、工藝的(de)選(xuan)擇，更需要(yao)對周(zhou)期、成本、供應鏈、風險進(jin)行精確的(de)控制，這(zhe)些都對芯片企業提(ti)出(chu)了極高的(de)要(yao)求。
奉(feng)加微作(zuo)為一(yi)家致力于研發世界一(yi)流的低功(gong)耗射頻芯片(pian)技術與自(zi)主知識產權的通信協議棧的芯片(pian)原廠(chang)，已(yi)取得芯片(pian)SiP方(fang)案階段性成(cheng)果，目前其PHY62系列(lie)中已(yi)有(you)6227和6229兩款芯片(pian)使(shi)用了SiP封裝,可以為AIoT提供(gong)靈活、安全、多功(gong)能、高性價比的低功(gong)耗無線通信芯片(pian)和方(fang)案。
在(zai)奉加微看來(lai)，SiP方(fang)案(an)(an)不僅可以(yi)大幅縮(suo)減方(fang)案(an)(an)的(de)封(feng)裝體積，實現超小型設(she)備的(de)智能(neng)化，還能(neng)夠通過集成針對(dui)各行業應用(yong)的(de)各種不同(tong)的(de)傳感器、存儲(chu)器和驅動電路，實現多功(gong)能(neng)集成，提高(gao)方(fang)案(an)(an)的(de)性能(neng)、可靠性和多樣(yang)化。更重要的(de)是，SiP方(fang)案(an)(an)還能(neng)有效(xiao)降(jiang)低成本，推動智能(neng)設(she)備的(de)普及和大規模商用(yong)；并且支持客戶的(de)深(shen)度化定制方(fang)案(an)(an)，提高(gao)封(feng)裝效(xiao)率，縮(suo)短(duan)產(chan)品上(shang)市(shi)周(zhou)期。
圖源：奉加微
SiP芯片，物聯網應用全面開花
對(dui)于物聯(lian)網(wang)產業鏈而言，SiP集成(cheng)方案在成(cheng)為(wei)物聯(lian)網(wang)下游終端(duan)客(ke)戶明智之(zhi)選的同(tong)時，自然也成(cheng)為(wei)了物聯(lian)網(wang)上游通信芯片原廠的發力重(zhong)點。
奉(feng)加微(wei)PHY6227、PHY6229兩款芯(xin)片(pian)就是在其低(di)功(gong)耗核(he)心產(chan)品(pin)PHY6226的基(ji)礎(chu)上，通(tong)過SiP技術(shu)，分別(bie)合封(feng)了(le)G-sensor、Sensor Hub以適配各類低(di)功(gong)耗高精(jing)度傳感(gan)器的采樣(yang)需(xu)求。PHY6226是奉(feng)加微(wei)于2022年推出新一代藍牙芯(xin)片(pian)產(chan)品(pin)，支持BLE 5.2和(he)Zigbee多(duo)通(tong)信模(mo)式共存，集成了(le)超低(di)功(gong)耗的高性能多(duo)模(mo)射(she)頻收(shou)發機(ji)，接收(shou)靈敏度達到-99dBm@BLE 1Mbps。
去年(nian)7月(yue)，奉加微高性能(neng)ZigBee 3.0協(xie)(xie)議棧獲得(de)了連接標(biao)準聯盟 (CSA, 前身ZigBee Alliance)的平臺認證(zheng)，奉加微也因此成為第二家獲得(de)CSA Zigbee認證(zheng)的大陸企業，這意味(wei)著奉加微PHY6227、PHY6229芯片皆能(neng)夠實(shi)現基于(yu)ZigBee 3.0協(xie)(xie)議的各(ge)項功(gong)能(neng)。
更重要的(de)是(shi)，在(zai)合(he)封了不(bu)同傳感器之后，PHY6227、PHY6229可以在(zai)PHY6226原有(you)優勢的(de)基礎上，結合(he)傳感器的(de)優勢，分別應對(dui)不(bu)同的(de)場景和方案。
PHY6227
奉加微電子、阿里云IoT事業部、矽睿科技聯合(he)研制(zhi)的(de)PHY6227作(zuo)為(wei)一(yi)款支持(chi)BLE 5.2功(gong)能(neng)的(de)物(wu)聯網通(tong)信(xin)芯片，集(ji)成ARM Cortex-MO 32位(wei)處理器、128KB-8MB閃存、96KB ROM、256位(wei)efuse，具備超低(di)功(gong)耗(hao)、高性(xing)能(neng)、多模(mo)式無(wu)線電等多種功(gong)能(neng)，還可以(yi)通(tong)過安(an)全性(xing)、應用程序和無(wu)線下載更(geng)新來(lai)支持(chi)BLE，其(qi)串行外設IO和集(ji)成應用IP更(geng)是(shi)能(neng)夠盡可能(neng)降低(di)客戶(hu)產(chan)品的(de)制(zhi)造成本。
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域的超輕(qing)量級(ji)的生(sheng)物信息監控裝置上。
當前，智慧牧場已經成為主(zhu)流(liu)發展(zhan)趨勢，國內大部(bu)分規模牧場已經步入數據(ju)化、智能(neng)化階段，而數據(ju)獲取的(de)第(di)一(yi)步，就(jiu)是諸如牛項圈(quan)、雞腳環、豬耳標等養殖檢(jian)測(ce)設備。從這個角度來看(kan)，PHY6227的(de)SIP方案有(you)著極大的(de)優(you)勢。
一方面，對(dui)于農畜牧(mu)業養(yang)(yang)殖(zhi)設備來說，最重(zhong)要也是最主要的(de)(de)需求(qiu)就是設備的(de)(de)超輕量(liang)級和超小(xiao)尺寸(cun)，否(fou)則就會影(ying)響(xiang)牧(mu)畜的(de)(de)正(zheng)常養(yang)(yang)殖(zhi)，更嚴重(zhong)者，甚至會影(ying)響(xiang)生命(ming)健康，而奉(feng)加微PHY6227由于采用了SIP方案，有效減少(shao)體積和重(zhong)量(liang)。
另一方面，智(zhi)慧(hui)牧(mu)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)本質(zhi)就在于通(tong)過數(shu)據統計，掌握飼喂(wei)情況，幫(bang)助牧(mu)場(chang)(chang)提(ti)升管(guan)理效(xiao)益(yi)。以牛項圈(quan)為例，其主要作用就是用于檢測奶(nai)牛的(de)(de)(de)活動(dong)(dong)，計算(suan)奶(nai)牛運(yun)動(dong)(dong)步(bu)數(shu)，通(tong)過計步(bu)器(qi)，判定奶(nai)牛們的(de)(de)(de)活動(dong)(dong)軌跡(ji)，然后再根據活動(dong)(dong)軌跡(ji)，判斷(duan)哪頭(tou)奶(nai)牛處于“亢奮狀態”，從(cong)而進行人工授精(jing)。PHY6227合封(feng)的(de)(de)(de)G-Sensor就可以在此過程中充分發揮其性能，在主控芯片BLE的(de)(de)(de)驅動(dong)(dong)下，G-Sensor能夠監測牧(mu)畜運(yun)動(dong)(dong)量等(deng)相關信息并上報云(yun)端(duan)，實現智(zhi)能化管(guan)理，不(bu)僅(jin)可以提(ti)高(gao)牧(mu)場(chang)(chang)管(guan)理效(xiao)率(lv)，還能提(ti)高(gao)動(dong)(dong)物健康(kang)水平。
圖源：矽睿科技
當(dang)然(ran)，除了(le)生物信息監控裝置，健(jian)康穿戴也是PHY6227的運用領域之一。
隨著智(zhi)能(neng)(neng)手(shou)表、TWS耳機等產品普及度的(de)(de)加深(shen)，健(jian)康穿戴設(she)備對(dui)小(xiao)型化的(de)(de)要求(qiu)(qiu)(qiu)越來越高(gao)，不同工藝的(de)(de)外設(she)、主控、存(cun)儲(chu)和電源進行SiP深(shen)度整合，為該需求(qiu)(qiu)(qiu)提供了最優的(de)(de)解決(jue)方案。PHY6227采用針對(dui)低功耗(hao)需求(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)SoC架構(gou)定義，以及超低功耗(hao)射頻收發(fa)機和通信基帶，可(ke)以實現最低的(de)(de)峰值、平均和休(xiu)眠功耗(hao)，進而(er)保證智(zhi)能(neng)(neng)戒指超長(chang)時間(jian)待(dai)機。
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
作為奉加微(wei)另(ling)一款采(cai)用(yong)SIP方案(an)的(de)(de)芯(xin)片(pian)，針對物聯網傳感(gan)器的(de)(de)多樣(yang)性需求，PHY6229提供了(le)低功耗(hao)、高精度的(de)(de)Sensor Hub，且Sensor Hub與主(zhu)控芯(xin)片(pian)之間(jian)可實現(xian)相互獨立工作，形成雙核協(xie)調工作，可適配(pei)各類家居、工業等(deng)無(wu)線傳感(gan)器的(de)(de)應用(yong)場景。
眾所周知，當前(qian)聲(sheng)、光、電、熱、力(li)、位置等(deng)傳感器(qi)是(shi)物聯(lian)網SiP實現智能化的(de)主要需求，在高(gao)精度(du)低(di)功(gong)耗Sensor Hub的(de)助力(li)下，目(mu)前(qian)PHY6229已經(jing)成功(gong)運用于(yu)交直(zhi)流計(ji)量、健康(kang)監測、工業控制等(deng)領域(yu)。
以家庭健(jian)(jian)康(kang)監(jian)測(ce)場景為例，集成PHY6229的手指(zhi)夾式血氧儀(yi)支持脈動式血氧測(ce)量的LED傳(chuan)輸(shu)和(he)接收路徑，基于智(zhi)能保留算法和(he)數據校準方案，保證(zheng)高(gao)效率和(he)高(gao)精確(que)度(du)的臨床測(ce)量，可通過BLE連接到智(zhi)能手機等設(she)備(bei)，將信息傳(chuan)輸(shu)至(zhi)云端，實現健(jian)(jian)康(kang)數據監(jian)控(kong)。工業級場景應用下，以PHY6229作為主控(kong)芯片的無線溫度(du)監(jian)控(kong)設(she)備(bei)具有體積小、功耗低(di)、測(ce)溫精準、性(xing)價比高(gao)等優(you)勢，通過大面(mian)積無線組網(wang)實現區(qu)塊范(fan)圍內(nei)所有設(she)備(bei)的操(cao)控(kong)，即時上傳(chuan)數據實現高(gao)溫告警，實現智(zhi)能化(hua)管理。
寫在最后
當(dang)前(qian)，中國(guo)作為全球最大的物(wu)聯網市(shi)場(chang)，IDC最新預測數據顯示，中國(guo)物(wu)聯網企(qi)業(ye)級市(shi)場(chang)規模將在(zai)2026年(nian)達到2,940億美(mei)元，復合增長率（CAGR）13.2%。
圖源：IDC中國
隨著物聯(lian)網的(de)(de)快速興起，毫無疑問(wen)系(xi)統級SiP芯(xin)片(pian)也將迎(ying)來快速發展機遇(yu)。奉(feng)加微作為一家成熟的(de)(de)物聯(lian)網通信領域的(de)(de)芯(xin)片(pian)原廠，根據客戶需求提供(gong)高質(zhi)量的(de)(de)深(shen)度定制方案，伴(ban)隨未來芯(xin)片(pian)性能更(geng)強、體積更(geng)小(xiao)的(de)(de)需求，持續(xu)深(shen)耕SiP封(feng)裝(zhuang)集成方案，為未來千億級物聯(lian)網市場發力蓄(xu)能。
