塞下多鏡頭、讓你 5G 上網,「SiP 封裝技術」是提升手機 CP 值的關鍵黑科技

【為什麼我們要挑選這篇文章】手機、智慧手錶功能愈來愈多,需要置入、整合的元件也隨之提升;但硬體空間有限,還要讓給相機鏡頭與大容量電池,因此「整合」是元件發展趨勢,而 SiP 封裝技術具有低成本優勢,是提升 3C 產品性價比的關鍵技術。

隨著 5G 時代到來,裝置需要整合的射頻元件再次提升,SiP 將是 5G 時代的寵兒,讓廠商以較低的成本生產 5G 設備,消費者也不需花費大筆銀子,就可享受 5G 聯網的便利。(責任編輯:郭家宏)

自從蘋果在 2015 年推出的 Apple Watch 採用 SiP 封裝後,SiP 技術漸漸成為消費性電子的新寵兒。而隨著 5G 手機的推出,各手機品牌廠增加對 SiP 的需求外,再加上蘋果 AirPods Pro 繼 Apple watch 後,也採用 SiP 技術,一時間 SiP 封裝成為話題性最高的半導體技術指標之一。

採用 SiP 封裝技術,讓中低階 3C 產品具備成本優勢

SiP 是 System in Package,為系統級封裝的簡稱,而這是基於 SoC 所發展出來的封裝技術。SoC 則是指 System on Chip,稱之為系統單晶片。

SoC 與 SiP 極為相似,兩者都包含邏輯元件、記憶體晶片,甚至包含被動元件的系統,整合成一個電子零組件。

但兩者的差異在於 SoC 是從設計的角度出發(半導體產業前段),是將系統所需的元件,如 CPU、北橋晶片、記憶體等整合成一個晶片,過去則是分成三個晶片。

而 SiP 則是從封裝的角度出發(半導體產業後段),對不同晶片進行排列或堆疊的方式加以封裝成一個電子元件,或是把 MEMS、光學零組件等零件優先組裝在一起,成為特定功能的產品。

SiP 需求提升的主要原因在於,現在消費電子要整合的功能越來越多,如手機要同時具備照相、感測高度與距離、通話、行動支付、衛星定位、各式解鎖功能等等應用,而手機內部空間又受限,再加上電池容量不斷加大,因此催生出「整合」的概念。

SiP 較 SoC 的優勢就是成本,當然手機旗艦機種因單價高,再加上手機廠為展示自身技術實力(可當廣告效果),大多採用 SoC 方式來節省手機內部空間。但在競爭激烈的中階手機市場,手機製造成本的考量更為重要,因此要兼顧手機應用的多樣性,又要與其它廠商比價,所以 SiP 封裝帶來的性價比更高。

資料來源:EEPW

5G 射頻半導體用量翻倍成長,提升手機對 SiP 的需求

根據 CCS Insight 預測,2019 年 5G 手機出貨量能達到 1000 萬支,只占整體手機出貨量的 0.6%,而 2020 年將出現爆發性成長達到 2.3 億支,並將在 2023 年成長至逾 9 億支,占手機出貨量一半。

由於過去通訊發展的因素,3GHz 以下可用於大眾行動通信的低頻段,基本已被前幾代通信技術瓜分,且頻段分散,無法提供 5G 所需的連續大頻寬,因此 5G 必然朝向更高的工作頻段延伸。

而 5G 的頻段分為 Sub-6 和毫米波兩個部分,同時又要相容 2G~4G 無線通訊技術,這反映 5G 手機需要整合更多射頻元件。手機射頻前端包含的元件數量越來越多,對性能要求也越來越高,使得結構複雜度大幅提升。

此外,根據 Qorvo 預測,5G 手機射頻半導體用量(成本)將達到 25 美元(約新台幣 763 元),比 4G 手機幾乎翻倍增長,其中接收 / 發射機濾波器從 30 個一口氣增加至 75 個,包括功率放大器、射頻開關、頻段等都至少翻倍以上的數量增長。而零組件數量的大幅增加也將明顯提升結構複雜度,並提高封裝水準的要求。

資料來源:鉅亨網彙整製表(單位:個)

5G 頻段的 Sub-6 部分,其訊號性能與 LTE 訊號較為相似,因此射頻元件的差異主要在於數量的增加,但毫米波部分則為射頻元件的結構帶來革命性變化。

由於現在只有韓國、北美等少數地區支援毫米波頻段,同時三星、華為、小米、Oppo、Vivo 等已公布的 5G 手機中,只有三星 Galaxy S10 支援 5G 毫米波訊號。未來隨著更多地區開始支援毫米波頻段,毫米波將成為 5G 手機的標準配置。

而在 5G 手機導入的功能越來越多,SiP 技術的應用將至關重要。首先就是 5G 需要相容 LTE 等通信技術,將需要更多的射頻前端 SiP 模組;再來就是毫米波天線與射頻前端形成 AiP 天線模組;最後則是基頻、記憶體等等更多零組件整合為更大的 SiP 模組。

目前,高通已成功商業化 Qualcomm Snapdragon System-in-Package(QSiP)模組。QSiP 將 AP、電源管理、射頻前端、WiFi 等晶片、音訊轉碼器和記憶體等 400 多個零組件放在一個模組中,大大減少 PCB 的空間需求,為電池、鏡頭等提供更大空間。

同時,QSiP 也大幅簡化手機的設計和製造流程、節省成本和開發時間,並加速手機推出時程。

功能日益複雜,Apple Watch、AirPods 導入 SiP 技術

穿戴裝置是蘋果高度重視的 IoT 產品,其中 Apple Watch 已具備心率、心電圖檢測等功能,而當紅炸子雞 AirPods Pro 在搭載主動降噪功能後,需要整合更多零組件,使得蘋果兩大穿戴裝置陸續導入 SiP 技術。

AirPods 銷售預估(單位:百萬副)。資料來源:IDC)

Apple Watch 功能複雜,在很小的空間內整合約 900 個電子零件,因此 2015 年第一代產品就開始採用 SiP 技術。

Apple Watch SiP 模組整合的元件包含 CPU、記憶體、音訊、觸控、電源管理、WiFi、NFC 等 30 餘個獨立功能零件,20 多個晶片,800 多個元件,且厚度只有 1 mm。

至於 AirPods,因為之前兩代的版本功能相對簡單,所以早期沒有採用 SiP 技術。不過在今年 10 月底公布的 AirPods Pro 搭載主動降噪功能,需要整合更多電子元件,因此順勢導入 SiP 技術。

目前,全球 SiP 技術領先的廠商包括村田、Amkor、日月光等,中國廠方面則有環旭電子(日月光集團)、長電科技。

環旭電子的 SiP 產品線主要是應用於手機和穿戴裝置,其在天線設計、天線場型及效能模擬和測量方面能力突出。

長電科技旗下子公司星科金鵬則已打進國際手機大廠供應鏈中,為其提供 SiP 模組服務。

(本文經合作夥伴 鉅亨網 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈〈分析〉 一文看懂什麼是 SiP 及發展潛力 〉。首圖來源:維基百科

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