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2019

11/27

一文看懂SiP封装历其发展潜力

自从苹果在2015年推出的Apple Watch采用SiP封装后,SiP技术渐渐成为消费性电子的新宠儿。



而随著5G手机的推出,各手机品牌厂增加对SiP的需求外,再加上苹果 AirPods Pro继Apple watch后,也采用SiP技术,一时间SiP封装成为话题性最高的半导体技术指标之一。




SiP是System in Package,为系统级封装的简称,而这是基于SoC所发展出来的封装技术。 SoC则是指System on Chip,称之为系统单芯片。




SoC与SiP极为相似,两者都包含逻辑元件、记忆体芯片,甚至包含被动元件的系统,整合成一个电子零组件。




但两者的差异在于SoC是从设计的角度出发 (半导体产业前段),是将系统所需的元件,如CPU、北桥芯片、记忆体等整合成一个芯片,过去则是分成三个芯片。




而SiP则是从封装的角度出发 (半导体产业后段),对不同芯片进行排列或堆叠的方式加以封装成一个电子元件,或是把 MEMS、光学零组件等零件优先组装在一起,成为特定功能的产品。




SiP需求提升的主要原因在于,现在消费电子要整合的功能越来越多,如手机要同时具备照相、感测高度与距离、通话、行动支付、卫星定位、各式解锁功能等等应用,而手机内部空间又受限,再加上电池容量不断加大,因此催生出「整合」的概念。




SiP较SoC的优势就是成本,当然手机旗舰机种因单价高,再加上手机厂为展示自身技术实力 (可当广告效果),大多采用SoC方式来节省手机内部空间。 但在竞争激烈的中阶手机市场,手机製造成本的考量更为重要,因此要兼顾手机应用的多样性,又要与其它厂商比价,所以SiP封装带来的性价比更高。




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5G显著提升手机对SiP的需求




根据CCS Insight预测,2019 年,5G手机出货量能达到1000万支,只占整体手机出货量的0.6%,而2020年将出现爆发性成长达到2.3亿支,并将在 2023 年成长至逾9亿支,占手机出货量一半。




由于过去通讯发展的因素,3GHz以下可用于大众行动通信的低频段已基本被前几代通信技术瓜分,且频段分散,无法提供5G所需的连续大频宽,因此5G必然朝向更高的工作频段延伸。




而5G的频段分为Sub-6和毫米波两个部分,同时又要相容2G~4G无线通讯技术,这反映5G手机需要整合更多射频元件。 手机射频前端包含的元件数量越来越多,对性能要求也越来越高,使得结构复杂度大幅提升。




此外,根据Qorvo预测,5G手机射频半导体用量将达到25美元,比4G手机几乎翻倍增长,其中接收 / 发射机滤波器从30个一口气增加至75个,包括功率放大器、射频开关、频段等都至少翻倍以上的数量增长。 而零组件数量的大幅增加也将明显提升结构複杂度,并提高封装水准的要求。

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5G频段的Sub-6部分,其讯号性能与LTE讯号较为相似,因此射频元件的差异主要在于数量的增加,但毫米波部分则为射频元件的结构带来革命性变化。




由于现在只有韩国、北美等少数地区支援毫米波频段,同时三星、华为、小米、Oppo、Vivo 等已公布的5G手机中,只有三星Galaxy S10支援5G毫米波讯号。 未来随著更多地区开始支援毫米波频段,毫米波将成为5G手机的标准配置。




而在5G手机导入的功能越来越多,SiP技术的应用将至关重要。 首先就是5G需要相容LTE等通信技术,将需要更多的射频前端SiP模组; 再来就是毫米波天线与射频前端形成AiP天线模组; 最后则是基频、记忆体等等更多零组件整合为更大的SiP模组。




目前,高通已成功商业化Qualcomm Snapdragon System-in-Package(QSiP) 模组。 QSiP将AP、电源管理、射频前端、WiFi等晶片、音讯转码器和记忆体等400多个零组件放在一个模组中,大大减少PCB的空间需求,为电池、镜头等提供更大空间。




同时,QSiP也大幅简化手机的设计和製造流程、节省成本和开发时间,并加速手机推出时程。




苹果大秀SiP于穿戴设备内




穿戴设备是苹果高度重视的IoT产品,其中,Apple Watch已具备心率、心电图检测等功能,而当红炸子鸡AirPods Pro在搭载主动降噪功能后,需要整合更多零组件,使得苹果两大穿戴装置陆续导入 SiP 技术。




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Apple Watch功能复杂,在很小的空间内整合约900个电子零件,因此2015年第一代产品就开始採用SiP技术。




Apple Watch SiP模组整合的元件包含CPU、记忆体、音讯、触控、电源管理、WiFi、NFC等30馀个独立功能零件,20多个芯片,800多个元件,且厚度只有 1mm。




至于AirPods,因为之前两代的版本功能相对简单,所以早期没有採用SiP技术。 不过在今年10月底公布的AirPods Pro搭载主动降噪功能,需要整合更多电子元件,因此顺势导入SiP技术。


摘自【行业新闻】