芯片场景化,由芯片企业出发,充分考虑特定行业个性化的应用需求,推进整个产品解决方案在成本方面的显著下降,加速垂直行业的规模化应用。
其中的代表性公司包括芯翼信息、Nordic、ASR、乐鑫科技、瑞萨电子等。
随着市场规模不断扩大,来自垂直行业的差异化需求又推动芯片产品不断迭代,倒逼物联网技术持续演进,形成正向反馈。
例如,芯翼信息计划于2021年下半年量产一款名为XY2100,专为智能表计行业设计的NB-IoT SoC。它将首次集成工业级低功耗MCU,为缺芯环境下的用户提供更多选择。在原有产品的基础上,XY2100的集成度和功耗进一步优化,成本可减少20%,功耗降低40%。
NB-IoT方案系统级芯片的出现,将大幅减小终端产品的尺寸,精简BOM,降低终端产品的加工复杂度,提高生产效率,同时芯片级工艺使终端产品的质量和稳定性更有保障。
Nordic则发布了利用SiP技术实现,外形尺寸仅为10x16x1 mm的nRF9160器件,它具有迄今为止蜂窝物联网模块行业中极小的外形尺寸,相比竞争产品的所占面积减少3倍、厚度减少2倍,总体封装体积减少5倍。
ASR发布了LoRa系统芯片ASR6505,这是继ASR在2018年推出LoRa系统芯片ASR6501/ 6502后,ASR推出的第三款LoRa系统芯片,至此,ASR LoRa系列产品已能够支持几乎全部行业应用及产品解决方案。
乐鑫推出的ESP32进化版ESP32-PICO-D4,是一款SiP封装的模块,尺寸只有7x7x0．94 mm,可以给用户节省不少PCB空间,特别适用于任何空间有限或电池供电的应用,如可穿戴电子产品、医疗设备、传感器和其他物联网产品。
模组芯片化、芯片场景化,正在改变的是产业链格局。
这些新型企业基于芯片的开发能力,以及对于行业的深度理解和多样化服务,前向整合上游通信、计算、电源等能力,配合行业软件和AI应用支撑,后向满足下游行业的个性化需求。
他们在现在产业链中找到了创新空间,更好的发挥了“承上启下”的衔接作用,提供解决方案、技术服务、商务支撑等综合能力。
03
系统集成技术的选择:SoC和SiP
模组芯片化、芯片场景化都涉及到系统集成技术的采用,而系统集成主要有三大技术:芯片集成(SoC)、封装集成(SiP)和板级集成(SoB)。
SoC(System on Chip,系统级芯片)是将多种功能集成在同一芯片上。其优点显而易见,它具有比较高的集成度,较好的性能、较低的功耗和传输成本;缺点是有较高的技术门槛,开发周期会比较长,一般需要50～60周。
SiP(System in package,系统级封装)是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。优势是可以异构集成,开发周期24～29周。
SoB(System on Board,板上系统)则是基于基板方式的封装。开发周期一般是12到15周。生命周期24～29周。
一般来说,对生命周期相对较长的产品来说,SoC可以作为产品的核心。
如果是开发时间快、生命周期短、面积小、灵活性高的产品,则比较倾向于使用SiP或者SoB。
随着物联网时代来临,全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计,因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SiP技术日益受到关注。
简单的说,SiP模组是一个功能齐全的全系统或子系统,它将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个封装中,从而实现一个基本完整的功能。SiP体积小、模块化设计、具有高性能表现、适用于多领域应用,还能让企业做出差异化的优势。
SiP是对传统封测和系统组装的异质整合,它的技术优势在系统复杂度提高时尤为明显,其特点可以总结为以下7点:
1． 尺寸小:在相同的功能上,SiP模组将多种芯片集成在一起,相对独立封装的IC更能节省PCB的空间。
2． 时间快:SiP模组本身是一个系统或子系统,用在更大的系统中,调试阶段能更快的完成预测及预审。
3． 成本低:SiP模组价格虽比单个零件昂贵,然而PCB空间缩小,低故障率、低测试成本及简化系统设计,使总体成本减少。
4． 高生产效率:通过SiP里整合分离被动元件,降低不良率,从而提高整体产品的成品率。模组采用高阶的IC封装工艺,减少系统故障率。
5． 简化系统设计:SiP将复杂的电路融入模组中,降低PCB电路设计的复杂性。SiP模组提供快速更换功能,让系统设计人员轻易加入所需功能。
6． 简化系统测试:SiP模组出货前已经过测试,减少整机系统测试时间。
7． 简化物流管理:SiP模组能够减少仓库备料的项目及数量,简化生产的步骤。
可以看到,与在印刷电路板上进行系统集成相比,SiP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。与SoC相比,SiP还具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。
SiP封装技术的众多优势使其不仅可以广泛的应用于工业应用领域,而且在包括智能手机、智能手表、智能手环、智能眼镜在内的物联网消费领域也有非常广阔的市场。
在消费领域,苹果AirPods新增降噪功能,继Apple Watch以后,也采用SiP技术。TWS耳机是极为典型的SiP应用场景,日月光的SiP封装解决方案,以DockSiP(船坞型)和MicroSiP(微型)为主, 运用封装工艺优势提升TWS耳机空间利用率。华为、小米、OPPO、Vivo、三星等相继发布5G手机,5G手机的销量超预期,毫米波5G手机将增加对SiP的需求。
对于物联网下游的行业用户而言,SiP技术有可能助推一个新的时代的到来。因为SiP技术减少了芯片的重复封装,降低了布局与排线难度,也进一步缩短了物联网产品的研发周期,有助于行业用户研发的产品更快实现商业化落地。
----写在最后----
划个重点。
第一,物联网从蓄力期进入增长期,碎片化市场中逐步出现了块状的新机遇。
第二,智能水表、燃气表、消防烟感、电动自行车,这4个行业是千万连接所在,也是机遇所在。
第三,无论是模组芯片化企业,还是芯片场景化企业,都是生存于块状市场的“新物种”。
雨果说,未来将属于两种人:思想的人和劳动的人。实际上,这两种人是一种人,因为思想也是劳动。
祝你劳动节假期快乐!
参考资料:
“模组芯片化”会是投向物联网行业的重磅炸弹吗?来源:物联网智库
新人必读!五分钟搞懂SiP技术!作者:tiger,长芯半导体CEO,来源:知乎
【行业趋势】无线SiP模块推动物联网革命,来源:Silicon Labs
一文看懂SiP技术:华为/苹果/三星/小米纷纷入局的黑科技,作者:蒯剑、马天翼,来源:EDN电子技术设计
物联网Wi-Fi,SIP 时代即将来临,来源:物联网智库
SiP封装在5G和IoT时代面临的挑战,来源:电子发烧友观察
