不知不覺中,我們正在經(jīng)歷著新一輪的工業(yè)革命。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來推動(dòng)著千行百業(yè)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。隨著智能終端的普及，人們對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品的要求也愈發(fā)向著體積小、重量輕、功能全以及低功耗方向發(fā)展。

       為了能在更小的空間內(nèi)構(gòu)建功能更加豐富、針對(duì)行業(yè)用戶進(jìn)行深度優(yōu)化的芯片系統(tǒng)，系統(tǒng)級(jí) IC 封裝(SiP，System in Package)成為了半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)的新趨勢，當(dāng)前包括奉加微在內(nèi)的諸多物聯(lián)網(wǎng)通信芯片原廠紛紛開始發(fā)力，推出功能豐富的SiP芯片產(chǎn)品。


       封裝曾經(jīng)是半導(dǎo)體制造過程中最容易被忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，但隨著摩爾定律逐漸放緩，工程師們開始意識(shí)到，封裝的優(yōu)化和創(chuàng)新對(duì)于芯片功能升級(jí)的重要性，而SIP封裝就是當(dāng)下封裝技術(shù)中的重要組成部分。

       與從IC設(shè)計(jì)角度出發(fā)的SoC，以及可相互進(jìn)行模塊化組裝的Chiplet不同，SiP封裝簡單地說就是將兩個(gè)或多個(gè)不同的芯片整合在單一封裝中。全球半導(dǎo)體封裝大廠安靠對(duì)SiP的定義則為：在單個(gè)IC封裝中，包含多個(gè)芯片或一個(gè)芯片，加上被動(dòng)組件、電容、電阻、連接器、天線等任一組件以上之封裝，即視為SiP。

       與其他封裝類型相比，SiP技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，比如可以集成不同的有源或無源元件，形成功能完整的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)；通過增加芯片之間連接的直徑和縮短信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，提升性能并降低功耗；應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于消費(fèi)性、通訊產(chǎn)品，如手機(jī)、平板等，以及5G、物聯(lián)網(wǎng)、自駕車、智能城市、遠(yuǎn)距醫(yī)療等應(yīng)用相關(guān)電子裝置及組件…等。



       在諸多應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)可以說是SiP 的一大推動(dòng)力。以物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備來說，Yole Development數(shù)據(jù)顯示，SiP市場規(guī)模預(yù)計(jì)從2020年的140億美元增長到2026年的190億美元，可穿戴設(shè)備SiP市場在2020年的業(yè)務(wù)價(jià)值為1.84億美元，僅占整個(gè)消費(fèi)電子市場SiP的1.55%，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到3.98億美元，增長率達(dá)14%。

       穩(wěn)坐全球可穿戴設(shè)備數(shù)量首位的蘋果就是堅(jiān)定看好SiP應(yīng)用的公司，也可以說是將SiP帶“火”的公司。早在2015年第一代AppleWatch中，蘋果就開始采用了SiP工藝，將CPU、存儲(chǔ)、WiFi、觸控、音頻等30多個(gè)獨(dú)立組件，20多個(gè)芯片，8000多個(gè)元器件都集成在1mm厚度的狹小空間內(nèi)。

       在2020年推出的AirPods Pro中，蘋果更是首次為其TWS耳機(jī)選擇了類似的解決方案——兩種不同的SiP封裝，一種用于藍(lán)牙連接，一種用于音頻編解碼器。甚至有媒體爆料，蘋果AirPods Pro 2也將基于全新SiP封裝系統(tǒng)芯片的超強(qiáng)算力支持，以及蘋果優(yōu)異的降噪算法，將為用戶提供更為舒適的降噪效果。

       從某種意義上說，類似于智能手表、TWS耳機(jī)等物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備已經(jīng)成為SiP封裝方案的典型案例。作為社會(huì)的發(fā)展趨勢，萬物智聯(lián)意味著未來將有更龐雜的終端體系、更多元化的應(yīng)用場景以及更多樣化的交互方式,未來終端電子需要整合的功能將越來越多，如何在體積、功耗等條件限制下實(shí)現(xiàn)多功能集成也將成為AIoT行業(yè)繞不開的痛點(diǎn)。

       在此背景下，SiP技術(shù)成為了助推新時(shí)代到來的希望，但這并不意味著研發(fā)一款SiP就很容易。SiP封裝的研發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，不僅包含電性能、熱性能、機(jī)械性能、可靠性等設(shè)計(jì)，還有材料、工藝的選擇，更需要對(duì)周期、成本、供應(yīng)鏈、風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精確的控制，這些都對(duì)芯片企業(yè)提出了極高的要求。

       奉加微作為一家致力于研發(fā)世界一流的低功耗射頻芯片技術(shù)與自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信協(xié)議棧的芯片原廠，已取得芯片SiP方案階段性成果，目前其PHY62系列中已有6227和6229兩款芯片使用了SiP封裝,可以為AIoT提供靈活、安全、多功能、高性價(jià)比的低功耗無線通信芯片和方案。

       在奉加微看來，SiP方案不僅可以大幅縮減方案的封裝體積，實(shí)現(xiàn)超小型設(shè)備的智能化，還能夠通過集成針對(duì)各行業(yè)應(yīng)用的各種不同的傳感器、存儲(chǔ)器和驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)多功能集成，提高方案的性能、可靠性和多樣化。更重要的是，SiP方案還能有效降低成本，推動(dòng)智能設(shè)備的普及和大規(guī)模商用；并且支持客戶的深度化定制方案，提高封裝效率，縮短產(chǎn)品上市周期。


       SiP芯片，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用全面開花

       對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈而言，SiP集成方案在成為物聯(lián)網(wǎng)下游終端客戶明智之選的同時(shí)，自然也成為了物聯(lián)網(wǎng)上游通信芯片原廠的發(fā)力重點(diǎn)。

       奉加微PHY6227、PHY6229兩款芯片就是在其低功耗核心產(chǎn)品PHY6226的基礎(chǔ)上，通過SiP技術(shù)，分別合封了G-sensor、Sensor Hub以適配各類低功耗高精度傳感器的采樣需求。PHY6226是奉加微于2022年推出新一代藍(lán)牙芯片產(chǎn)品，支持BLE 5.2和Zigbee多通信模式共存，集成了超低功耗的高性能多模射頻收發(fā)機(jī)，接收靈敏度達(dá)到-99dBm@BLE 1Mbps。

       去年7月，奉加微高性能ZigBee 3.0協(xié)議棧獲得了連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟 (CSA, 前身ZigBee Alliance)的平臺(tái)認(rèn)證，奉加微也因此成為第二家獲得CSA Zigbee認(rèn)證的大陸企業(yè)，這意味著奉加微PHY6227、PHY6229芯片皆能夠?qū)崿F(xiàn)基于ZigBee 3.0協(xié)議的各項(xiàng)功能。

       更重要的是，在合封了不同傳感器之后，PHY6227、PHY6229可以在PHY6226原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感器的優(yōu)勢，分別應(yīng)對(duì)不同的場景和方案。

       PHY6227

       奉加微電子、阿里云IoT事業(yè)部、矽�？萍悸�(lián)合研制的PHY6227作為一款支持BLE 5.2功能的物聯(lián)網(wǎng)通信芯片，集成ARM Cortex-MO 32位處理器、128KB-8MB閃存、96KB ROM、256位efuse，具備超低功耗、高性能、多模式無線電等多種功能，還可以通過安全性、應(yīng)用程序和無線下載更新來支持BLE，其串行外設(shè)IO和集成應(yīng)用IP更是能夠盡可能降低客戶產(chǎn)品的制造成本。

       這款芯片的獨(dú)特之處在于，其具有低噪聲、高精度、低功耗和失調(diào)調(diào)整的三軸加速度計(jì)。在G-Sensor的加持下，PHY6227憑借高集成度的性能已經(jīng)成功應(yīng)用于健康穿戴和智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的超輕量級(jí)的生物信息監(jiān)控裝置上。

       當(dāng)前，智慧牧場已經(jīng)成為主流發(fā)展趨勢，國內(nèi)大部分規(guī)模牧場已經(jīng)步入數(shù)據(jù)化、智能化階段，而數(shù)據(jù)獲取的第一步，就是諸如牛項(xiàng)圈、雞腳環(huán)、豬耳標(biāo)等養(yǎng)殖檢測設(shè)備。從這個(gè)角度來看，PHY6227的SIP方案有著極大的優(yōu)勢。

       一方面，對(duì)于農(nóng)畜牧業(yè)養(yǎng)殖設(shè)備來說，最重要也是最主要的需求就是設(shè)備的超輕量級(jí)和超小尺寸，否則就會(huì)影響牧畜的正常養(yǎng)殖，更嚴(yán)重者，甚至?xí)�影響生命健康，而奉加微PHY6227由于采用了SIP方案，有效減少體積和重量。

       另一方面，智慧牧場的本質(zhì)就在于通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，掌握飼喂情況，幫助牧場提升管理效益。以牛項(xiàng)圈為例，其主要作用就是用于檢測奶牛的活動(dòng)，計(jì)算奶牛運(yùn)動(dòng)步數(shù)，通過計(jì)步器，判定奶牛們的活動(dòng)軌跡，然后再根據(jù)活動(dòng)軌跡，判斷哪頭奶牛處于“亢奮狀態(tài)”，從而進(jìn)行人工授精。PHY6227合封的G-Sensor就可以在此過程中充分發(fā)揮其性能，在主控芯片BLE的驅(qū)動(dòng)下，G-Sensor能夠監(jiān)測牧畜運(yùn)動(dòng)量等相關(guān)信息并上報(bào)云端，實(shí)現(xiàn)智能化管理，不僅可以提高牧場管理效率，還能提高動(dòng)物健康水平。


       當(dāng)然，除了生物信息監(jiān)控裝置，健康穿戴也是PHY6227的運(yùn)用領(lǐng)域之一。

       隨著智能手表、TWS耳機(jī)等產(chǎn)品普及度的加深，健康穿戴設(shè)備對(duì)小型化的要求越來越高，不同工藝的外設(shè)、主控、存儲(chǔ)和電源進(jìn)行SiP深度整合，為該需求提供了最優(yōu)的解決方案。PHY6227采用針對(duì)低功耗需求的SoC架構(gòu)定義，以及超低功耗射頻收發(fā)機(jī)和通信基帶，可以實(shí)現(xiàn)最低的峰值、平均和休眠功耗，進(jìn)而保證智能戒指超長時(shí)間待機(jī)。

       總而言之，奉加微PHY6227芯片集成了超輕量級(jí)、超小尺寸、高性價(jià)比、低功耗、易上手推廣等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的諸多要求。

       PHY6229

       作為奉加微另一款采用SIP方案的芯片，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的多樣性需求，PHY6229提供了低功耗、高精度的Sensor Hub，且Sensor Hub與主控芯片之間可實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立工作，形成雙核協(xié)調(diào)工作，可適配各類家居、工業(yè)等無線傳感器的應(yīng)用場景。

       眾所周知，當(dāng)前聲、光、電、熱、力、位置等傳感器是物聯(lián)網(wǎng)SiP實(shí)現(xiàn)智能化的主要需求，在高精度低功耗Sensor Hub的助力下，目前PHY6229已經(jīng)成功運(yùn)用于交直流計(jì)量、健康監(jiān)測、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

       以家庭健康監(jiān)測場景為例，集成PHY6229的手指夾式血氧儀支持脈動(dòng)式血氧測量的LED傳輸和接收路徑，基于智能保留算法和數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方案，保證高效率和高精確度的臨床測量，可通過BLE連接到智能手機(jī)等設(shè)備，將信息傳輸至云端，實(shí)現(xiàn)健康數(shù)據(jù)監(jiān)控。工業(yè)級(jí)場景應(yīng)用下，以PHY6229作為主控芯片的無線溫度監(jiān)控設(shè)備具有體積小、功耗低、測溫精準(zhǔn)、性價(jià)比高等優(yōu)勢，通過大面積無線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊范圍內(nèi)所有設(shè)備的操控，即時(shí)上傳數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高溫告警，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

       寫在最后

       當(dāng)前，中國作為全球最大的物聯(lián)網(wǎng)市場，IDC最新預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，中國物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)級(jí)市場規(guī)模將在2026年達(dá)到2,940億美元，復(fù)合增長率（CAGR）13.2%。


       隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速興起，毫無疑問系統(tǒng)級(jí)SiP芯片也將迎來快速發(fā)展機(jī)遇。奉加微作為一家成熟的物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域的芯片原廠，根據(jù)客戶需求提供高質(zhì)量的深度定制方案，伴隨未來芯片性能更強(qiáng)、體積更小的需求，持續(xù)深耕SiP封裝集成方案，為未來千億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)力蓄能。