系統(tǒng)級SiP芯片，物聯(lián)網下一個競爭高地

       不知不覺中,我們正在經歷著新一輪的工業(yè)革命。物聯(lián)網時代的到來推動著千行百業(yè)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。隨著智能終端的普及，人們對于消費電子產品的要求也愈發(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構建功能更加豐富、針對行業(yè)用戶進行深度優(yōu)化的芯片系統(tǒng)，系統(tǒng)級 IC 封裝(SiP，System in Package)成為了半導體行業(yè)內的新趨勢，當前包括奉加微在內的諸多物聯(lián)網通信芯片原廠紛紛開始發(fā)力，推出功能豐富的SiP芯片產品。


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

       與從IC設計角度出發(fā)的SoC，以及可相互進行模塊化組裝的Chiplet不同，SiP封裝簡單地說就是將兩個或多個不同的芯片整合在單一封裝中。全球半導體封裝大廠安靠對SiP的定義則為：在單個IC封裝中，包含多個芯片或一個芯片，加上被動組件、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傳輸?shù)木嚯x，提升性能并降低功耗；應用廣泛，主要應用于消費性、通訊產品，如手機、平板等，以及5G、物聯(lián)網、自駕車、智能城市、遠距醫(yī)療等應用相關電子裝置及組件…等。



       在諸多應用中，物聯(lián)網可以說是SiP 的一大推動力。以物聯(lián)網可穿戴設備來說，Yole Development數(shù)據(jù)顯示，SiP市場規(guī)模預計從2020年的140億美元增長到2026年的190億美元，可穿戴設備SiP市場在2020年的業(yè)務價值為1.84億美元，僅占整個消費電子市場SiP的1.55%，預計到2026年將達到3.98億美元，增長率達14%。

       穩(wěn)坐全球可穿戴設備數(shù)量首位的蘋果就是堅定看好SiP應用的公司，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、WiFi、觸控、音頻等30多個獨立組件，20多個芯片，8000多個元器件都集成在1mm厚度的狹小空間內。

       在2020年推出的AirPods Pro中，蘋果更是首次為其TWS耳機選擇了類似的解決方案——兩種不同的SiP封裝，一種用于藍牙連接，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耳機等物聯(lián)網可穿戴設備已經成為SiP封裝方案的典型案例。作為社會的發(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現(xiàn)多功能集成也將成為AIoT行業(yè)繞不開的痛點。

       在此背景下，SiP技術成為了助推新時代到來的希望，但這并不意味著研發(fā)一款SiP就很容易。SiP封裝的研發(fā)是一個系統(tǒng)性的工程，不僅包含電性能、熱性能、機械性能、可靠性等設計，還有材料、工藝的選擇，更需要對周期、成本、供應鏈、風險進行精確的控制，這些都對芯片企業(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與自主知識產權的通信協(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，實現(xiàn)超小型設備的智能化，還能夠通過集成針對各行業(yè)應用的各種不同的傳感器、存儲器和驅動電路，實現(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，推動智能設備的普及和大規(guī)模商用；并且支持客戶的深度化定制方案，提高封裝效率，縮短產品上市周期。


       SiP芯片，物聯(lián)網應用全面開花

       對于物聯(lián)網產業(yè)鏈而言，SiP集成方案在成為物聯(lián)網下游終端客戶明智之選的同時，自然也成為了物聯(lián)網上游通信芯片原廠的發(fā)力重點。

       奉加微PHY6227、PHY6229兩款芯片就是在其低功耗核心產品PHY6226的基礎上，通過SiP技術，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年推出新一代藍牙芯片產品，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，接收靈敏度達到-99dBm@BLE 1Mbps。

       去年7月，奉加微高性能ZigBee 3.0協(xié)議棧獲得了連接標準聯(lián)盟 (CSA, 前身ZigBee Alliance)的平臺認證，奉加微也因此成為第二家獲得CSA Zigbee認證的大陸企業(yè)，這意味著奉加微PHY6227、PHY6229芯片皆能夠實現(xiàn)基于ZigBee 3.0協(xié)議的各項功能。

       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)勢的基礎上，結合傳感器的優(yōu)勢，分別應對不同的場景和方案。

       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、應用程序和無線下載更新來支持BLE，其串行外設IO和集成應用IP更是能夠盡可能降低客戶產品的制造成本。

       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(yè)等領域的超輕量級的生物信息監(jiān)控裝置上。

       當前，智慧牧場已經成為主流發(fā)展趨勢，國內大部分規(guī)模牧場已經步入數(shù)據(jù)化、智能化階段，而數(shù)據(jù)獲取的第一步，就是諸如牛項圈、雞腳環(huán)、豬耳標等養(yǎng)殖檢測設備。從這個角度來看，PHY6227的SIP方案有著極大的優(yōu)勢。

       一方面，對于農畜牧業(yè)養(yǎng)殖設備來說，最重要也是最主要的需求就是設備的超輕量級和超小尺寸，否則就會影響牧畜的正常養(yǎng)殖，更嚴重者，甚至會影響生命健康，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，智慧牧場的本質就在于通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，掌握飼喂情況，幫助牧場提升管理效益。以牛項圈為例，其主要作用就是用于檢測奶牛的活動，計算奶牛運動步數(shù)，通過計步器，判定奶牛們的活動軌跡，然后再根據(jù)活動軌跡，判斷哪頭奶牛處于“亢奮狀態(tài)”，從而進行人工授精。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的驅動下，G-Sensor能夠監(jiān)測牧畜運動量等相關信息并上報云端，實現(xiàn)智能化管理，不僅可以提高牧場管理效率，還能提高動物健康水平。


       當然，除了生物信息監(jiān)控裝置，健康穿戴也是PHY6227的運用領域之一。

       隨著智能手表、TWS耳機等產品普及度的加深，健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、存儲和電源進行SiP深度整合，為該需求提供了最優(yōu)的解決方案。PHY6227采用針對低功耗需求的SoC架構定義，以及超低功耗射頻收發(fā)機和通信基帶，可以實現(xiàn)最低的峰值、平均和休眠功耗，進而保證智能戒指超長時間待機。

       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(yōu)點，可以滿足物聯(lián)網連接設備的諸多要求。

       PHY6229

       作為奉加微另一款采用SIP方案的芯片，針對物聯(lián)網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現(xiàn)相互獨立工作，形成雙核協(xié)調工作，可適配各類家居、工業(yè)等無線傳感器的應用場景。

       眾所周知，當前聲、光、電、熱、力、位置等傳感器是物聯(lián)網SiP實現(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已經成功運用于交直流計量、健康監(jiān)測、工業(yè)控制等領域。

       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連接到智能手機等設備，將信息傳輸至云端，實現(xiàn)健康數(shù)據(jù)監(jiān)控。工業(yè)級場景應用下，以PHY6229作為主控芯片的無線溫度監(jiān)控設備具有體積小、功耗低、測溫精準、性價比高等優(yōu)勢，通過大面積無線組網實現(xiàn)區(qū)塊范圍內所有設備的操控，即時上傳數(shù)據(jù)實現(xiàn)高溫告警，實現(xiàn)智能化管理。

       寫在最后

       當前，中國作為全球最大的物聯(lián)網市場，IDC最新預測數(shù)據(jù)顯示，中國物聯(lián)網企業(yè)級市場規(guī)模將在2026年達到2,940億美元，復合增長率（CAGR）13.2%。


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