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穿戴式裝置的系統級封裝結合軟板(FPC SiP)設計優勢

隨著輕巧、便利的穿戴裝置需求日趨強勁,系統級封裝SiP客製化與高度整合的需求越趨增長,尤其是高密度整合的系統級封裝SiP,能有效整合穿戴裝置內部空間,創造低耗能及體積微縮的優勢,是智慧穿戴產品的最佳半導體封裝解決方案,將帶來更多應用上的優勢,實現更高的經濟效益。

 

以TWS無線藍牙耳機為例,在耳機狹小的空間裡整合處理器、天線、感測器、電池、光學感應等面臨多重挑戰,包括電路設計時避免MCU、RF、電源以及喇叭之間的干擾,如何避免訊號同時在有限的體積內運作而干擾。

 

目前的TWS封裝解決方案採用的產品載板(Product Board)主要有以下3種:

  1. 硬板(Rigid-PCB):硬板(又稱硬式印刷電路板)具有穩定的技術及高可靠性等優勢,缺點是無法適應所有形狀的耳機,3D結構分配靈活性低,需提高抗干擾能力
  2. 軟板(Flex):軟板(又稱軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit, FPC))具有高靈活性、可匹配不同形狀的耳機等優勢,但是其基板層數有限,無法很好地隔離訊號、設計複雜等
  3. 軟硬結合板(Rigid-Flex):兼具硬板和軟板的優勢,具有非常出色的靈活性與可彎曲性,但在實際應用中會出現層堆疊能力有限、製程時間長、成本高等問題
 

 

日月光系統級封裝結合軟板(FPC SiP)設計平台

日月光運用系統級封裝(SiP)與軟板(Flex)結合技術取代傳統軟硬結合板(Rigid Flex),封裝良率更好,價格也更具競爭優勢。以睡眠豆為例,日月光藉由多年領先業界之封裝經驗,將微控制器(MCU)/記憶體(Memory)/電源管理IC (PMIC)整合在一個系統級封裝(SiP)中,接著將SiP與六軸感測器、麥克風及天線等元件安裝在軟板上「設計最佳化」特定位置,避免訊號之間互相干擾與底噪問題,最終提供優化的訊號品質同時最小化傳輸損耗。

 

SiP
FPC SiP
睡眠豆
產品規格
 

 

FPC SiP硬體設計優勢

半導體元件常見的QFN封裝和BGA封裝有很多输入/输出(I/O),因此一般Product Board設計的層數在實際製程時要求很高,但如果把主要功能的元件整合到單一系統級封裝SiP之後,Product Board使用的軟板可以節省到只需兩層即可把各個功能分佈到其所在位置上,甚至可達到更寬鬆的線寬/線距需求,讓客戶有多樣的選擇。此外,以往產品的設計時長大致需要20周,但是運用系統級封裝SiP解決方案可縮短設計時長至五周,大大縮短產品上市時程。

 

 

 

日月光提供系統級封裝SiP音質優化設計

日月光擁有聲學模擬實驗室(Acoustic Lab)和專業團隊,可以提供客戶音質優化模擬的能力。以TWS SiP為例,聲訊量測結果可看到優化設計的系統級封裝SiP可解決天線、喇叭、麥克風在耳機內距離過近並同時運作造成的干擾,讓耳機底噪問題降到最低。 TWS無線藍牙耳機一般使用藍牙2.4G頻段運作,但是在一些特定應用場景例如疫情防控、居家辦公、線上影音觀看等對網速要求不斷提高,頻率需達到WiFi6的6G,甚至WiFi7的7G。頻率越高,訊號之間的互相干擾也隨之提高,模擬分別在PCB基板與系統級封裝SiP上做電路設計實驗,顯示在優化設計的系統級封裝SiP上的電路設計干擾會大大降低,大幅改善終端產品的使用體驗。

 

 

 

通過系統級封裝SiP將半導體封裝微型化,提供穿戴式產品體積小、薄、訊號整合佳以及電池壽命管理佳等優勢,但同時面臨信號的調整度、散熱需求、機械結構的外形大小與厚度,甚至供應鏈管理等挑戰。日月光在系統級封裝SiP領域耕耘多年,依靠紮實的製程技術和突出的科技研發能力,為客戶提供從設計、製造至營運的全面半導體封裝整合方案,共同實現終端產品創新應用。

更多系統級封裝SiP協助產品微型化、優化整合、簡化裝配的資訊,詳見SiP協助實現聽戴式產品多元化應用

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