不知不觉中,我们正在经历着新一轮的工业革命。物联网时代的到来推动着千行百业朝着数字化、智能化方向发展。随着智能终端的普及，人们对于消费电子产品的要求也愈发向着体积小、重量轻、功能全以及低功耗方向发展。

为了能在更小的空间内构建功能更加丰富、针对行业用户进行深度优化的芯片系统，系统级 IC 封装(SiP，System in Package)成为了半导体行业内的新趋势，当前包括奉加微在内的诸多物联网通信芯片原厂纷纷开始发力，推出功能丰富的SiP芯片产品。

SIP，系统级封装，是将多个具有不同功能的裸芯片、微型电子元件封装整合到一起的技术，在减小模块体积和重量的同时，提高了模块性能，是一种重要的先进封装工艺。随着电子产品小型化、轻薄化发展，为缩小体积并提高性能，芯片制程不断缩小，但在摩尔定律下，其性能提升已接近物理极限，系统整合成为另一重要发展趋势，因此SIP越来越受重视。

SoC，系统级芯片，是将微处理器等关键元件集成于一块芯片上的技术，是一种高度集成的芯片产品。SIP与SoC功能相似，但SIP是将不同芯片与电子元件封装在一起，是一种封装模组/模块产品，可以封装SoC无法集成的滤波器、射频器等元器件，功能更为完整。SIP具有体积小、功能集成度高、研发周期短、封装效率高、成本较低、兼容性好、稳定性好等优点。

SIP与传统印刷电路板以及SoC相比，均具有明显竞争优势，可广泛应用在通信、消费电子、汽车电子、物联网、医疗器械、工业控制、军工国防等领域。消费电子是SIP的重要下游市场，2015年9月，iPhone 6s上市，其大幅缩减PCB使用比例，SIP模块应用比例大幅增加，之后，iPhone、Apple Watch等系列产品一直青睐于采用SIP模块。在苹果的带动下，消费电子领域SIP模块需求量迅速上升。

SiP封装的起源

MCM（多芯片模块）是 SiP 技术的最初起源。它构建于已有的封装技术之上，比如倒装芯片、wire bonding（线键合）、fan-out 晶圆级封装。当单芯片集成（SoC）进展停滞的时候，能整合多个不同系统的 SiP 成为了突破方向之一。

根据标准定义，SiP 是将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件，以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。

2010 年，晶圆级工艺与传统的 FC 和 wire bond 工艺结合，带来了 SiP 封装的高速发展。将 wire bond、FC、wire bond+FC、WL Package、TSV、Trench、Embedded 和 Fanout 等多种工艺结合成为 SiP 发展的趋势。OSAT 厂，也就是传统意义的封装厂已经不仅仅做后道工艺，而像台积电这样的晶圆厂也不仅仅局限于前道工艺，两者都在逐步进入中道工艺的领域，这也促成了 SiP 的快速发展。

从第一代 Apple Watch 开始，苹果就在 S 芯片中使用了 SiP 封装，并沿用至今。以2019 年 9 月发布的第五代 Apple Watch S5 为例，其普通版通过 SiP 方案将应用处理器(AP)、电源管理单元(PMU)、音频芯片、调制解调器芯片以及充电芯片等芯片封装在约 700m 大小 PCB 上，并在 SiP 模块背面集合了惯性测量单元(IMU)和 GPS 前端模组；蜂窝板 S5 则在此基础上增加了额外的射频前端模组(RFFE) 和调制解调器芯片(Modem)。

SiP 技术发展很快，形成了多种不同的实现方式。如果按照模块排列方式进行区分，可大体分为平面式 2D 封装和 3D 封装的结构。相对于 2D 封装，采用堆叠的 3D 封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强 SIP 技术的功能整合能力。而在 SiP 的内部，可以通过单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），或二者混用。

很多半导体厂商都有自己的 SiP 技术，命名方式各有不同。比如，英特尔叫 EMIB、台积电叫 SoIC。这些都是 SiP 技术，差别就在于制程工艺。以台积电为例，其 SiP 技术的优势在于晶圆级封装，技术成熟、良率高，这也是普通封测厂商难以做到的。

多家厂商发力SiP，为哪般？

纵观这些发力SiP的厂商，其所处的领域各不相同，目的也各异，大抵可以分为这么几类：

一类是单一大宗类产品的主要代工厂商，如歌尔微和立讯精密。他们所处的是手机、耳机、手表、平板等这种单一却出货量巨大的智能设备市场，他们可以形成大规模生产的规模优势。

由于智能设备的运动和健康属性持续加强，小巧、时尚、长续航等成为重要的发展趋势，要想设备小型化和轻薄化，有两种主要的技术方案：一是系统单芯片SoC，再一个是系统化封装SiP。但IC制程逐渐达到物理极限，在成本方面并再不具经济优势；而SiP相较于SoC具有可以异构集成、开发周期短、开发成本低等优势。成为后摩尔时代业界发展的一大方向。

歌尔和立讯精密作为智能终端的核心供货商，也是看到了SiP技术在这其中所起的作用，于是大力发展SiP。歌尔和立讯精密两家发力SiP芯片封装技术，主要是为争夺苹果AirPods的代工订单。

SiP技术基本都已早早的出现在苹果的手机和穿戴产品中。AppleWatch自2015年第一代开始就采用SiP工艺，将包括CPU、存储、WiFi、触控、音频等30多个独立组件，20多个芯片，8000多个元器件都集成在1mm厚度的狭小空间内。Airpods pro也是如此，穿戴设备是SiP的一大推动力，据Yole称，2020年可穿戴SiP市场的业务规模是1.84亿美元，预估到2026年，可穿戴设备SiP市场将达到3.98亿美元，增长率为14%。

在歌尔微电子看来，在前端环节，在向集成化发展的过程中，Si和III-V族化合物芯片工艺制程不兼容，IC与MEMS工艺不兼容，主动器件与无源器件工艺不兼容，采用SoC无法将不同材料、不同工艺的器件异质集成，而SiP可以利用异质集成解决不同芯片工艺的兼容问题。此外，SiP还在专利壁垒，开发成本、研发周期方面具有优势。在后端环节，SiP相对于传统的PCBA也具有很多优点，如减小尺寸、增强性能、延长产品生命周期，降低后端应用企业的设计难度以及供应链管理成本，提高产品可靠性等。

发展SiP业务，不仅可以使歌尔微拿下更多的AirPods订单，还可以使得歌尔微提供从设计到封测再到成品的一站式服务。此外，歌尔的整机业务，如耳机、AR/VR、穿戴设备等对产品小型化和SiP业务的出海口。

2020年立讯精密因为收购了纬创资通位于昆山的iPhone工厂及两家全资子公司，成为苹果首家中国内地代工厂商，切入苹果iPhone手机组装领域。2021年立讯精密便约拿下3%的 iPhone代工订单。此次据日经亚洲的报道，立讯精密正在为苹果的AirPod耳机的构建芯片系统级封装 (SiP)。这对立讯精密来说，也是收获了高度的认可。

今年2月21日，立讯精密发布公告表示，公司拟定增募资不超过135亿元，其中，半导体先进封装及测试产品生产线建设项目拟投资金额9.5亿元，该项目主要专注于半导体先进封测及测试产品的研发、生产和销售，相关产品主要应用于消费性电子移动终端领域，建设周期2年。

长远来看，发展好了SiP对两家公司以后扩展其他业务也是大有裨益的。例如歌尔微还推出了采用SiP系统级封装的UWB模组，UWB GSUB-0001和UWB GSUB-0002。而最近，立讯精密也正式参与了车企代工的产业链，提高芯片封装上的技术也将提升其在汽车领域的影响力。

另一类是相对出货量也很大的电子产品终端生产商，如美的、TCL、海信等。据业内专业人士告诉笔者，他们的产品种类颇多，虽然不如苹果手机等这样的电子产出出货量多，但为了保持技术的先进性和功耗等问题，在芯片集成的大趋势下，这些厂商也有意在向SiP上进击，而且对他们来说，也并不需要增加太多的成本。

再一个是如德赛西威这样的汽车Tier 1厂商，为了提升自身产品的附加值，提高可靠性和质量，再加上SoC逐渐走到极限，所以转向SiP多方布局。

现在汽车电子内部的功能越来越多，汽车电子也越发需要SiP封装技术。汽车电子中不同类型、工艺的芯片之间颇多，所以要采用SiP整合的方式形成一个完整的控制系统。目前，SiP方案可微处理器、存储器、输入输出接口、模数转换器等大规模集成电路及合成发动机控制单元。另外，汽车防抱死系统、燃油喷射控制系统、安全气囊电子系统、方向盘控制系统、轮胎低气压报警系统等采用SiP的形式也在不断增多。

在这样的背景下，汽车Tier 1厂商德赛西威宣布从2022年开始着手部署SiP车规级业务。这也是国内汽车电子领域首家部署SiP业务的企业。据悉，德赛西威前期已经做了大量筹备工作，学习并掌握SiP关键技术。据其介绍，德赛西威采用稳定性好、重复性高、可实现植球质量自反馈的全自动化植球设备，提升产品质量与效率；利用双面多角度在线喷淋清洗设备，保证产品洁净度；使用高精度、高效率、耐高温、无空洞的点胶技术，提升产品可靠性。德赛西威将持续投入上亿资本，打造行业领先、高精度、高稳定性的全自动化SiP线体，其年产能有望在两年内突破150万台。

除了上文中提到的这几大市场，据行业人士点出，还有大量工业和医疗类领域的分散且单一产品出货量小的SiP需求，如CT机器、高铁、飞机等这样的厂商，处于这些领域的企业不适合、没必要（不值当）或者没有充足的资本来搭建一条专业的SiP产线和团队，SiP产品一般较为复杂，对工程人员的要求多且高。所以这些分散的厂商就需要共用SiP产线，但大的封装厂又不太喜欢生产此类产品，其中原因包括机台的利用率和人工占比等多方面问题。

如同当初封装代工行业的兴起一样，摩尔精英也看中了这背后“单品小量”但却整体庞大的SiP需求，自建了SiP工厂。摩尔精英无锡SiP先进封测中心的建成就是为了解决市场上多样化，年产量在1KK左右的产品需求。对SiP封装厂商来说，可与IC设计企业和庞大的终端应用企业紧密合作，以此来满足这些企业对产品的各种设计需求。

莫大康此前曾表示，中国半导体封装业必须两头抓。首先要大力开发先进技术，进军高端市场。如果仅仅聚焦于中低端市场，推出低附加值的产品技术，企业很难形成规模并做强做大。我国封装企业必须积极开发先进技术，结合巨大的应用市场，走以产品为特色的发展路径，SiP、Chiplet等技术是重点研发方向。

SiP芯片，物联网应用全面开花

对于物联网产业链而言，SiP集成方案在成为物联网下游终端客户明智之选的同时，自然也成为了物联网上游通信芯片原厂的发力重点。

奉加微PHY6227、PHY6229两款芯片就是在其低功耗核心产品PHY6226的基础上，通过SiP技术，分别合封了G-sensor、Sensor Hub以适配各类低功耗高精度传感器的采样需求。PHY6226是奉加微于2022年推出新一代蓝牙芯片产品，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频收发机，接收灵敏度达到-99dBm@BLE 1Mbps。

去年7月，奉加微高性能ZigBee 3.0协议栈获得了连接标准联盟 (CSA, 前身ZigBee Alliance)的平台认证，奉加微也因此成为第二家获得CSA Zigbee认证的大陆企业，这意味着奉加微PHY6227、PHY6229芯片皆能够实现基于ZigBee 3.0协议的各项功能。

更重要的是，在合封了不同传感器之后，PHY6227、PHY6229可以在PHY6226原有优势的基础上，结合传感器的优势，分别应对不同的场景和方案。

PHY6227

奉加微电子、阿里云IoT事业部、矽睿科技联合研制的PHY6227作为一款支持BLE 5.2功能的物联网通信芯片，集成ARM Cortex-MO 32位处理器、128KB-8MB闪存、96KB ROM、256位efuse，具备超低功耗、高性能、多模式无线电等多种功能，还可以通过安全性、应用程序和无线下载更新来支持BLE，其串行外设IO和集成应用IP更是能够尽可能降低客户产品的制造成本。

这款芯片的独特之处在于，其具有低噪声、高精度、低功耗和失调调整的三轴加速度计。在G-Sensor的加持下，PHY6227凭借高集成度的性能已经成功应用于健康穿戴和智慧农业等领域的超轻量级的生物信息监控装置上。

当前，智慧牧场已经成为主流发展趋势，国内大部分规模牧场已经步入数据化、智能化阶段，而数据获取的第一步，就是诸如牛项圈、鸡脚环、猪耳标等养殖检测设备。从这个角度来看，PHY6227的SIP方案有着极大的优势。

一方面，对于农畜牧业养殖设备来说，最重要也是最主要的需求就是设备的超轻量级和超小尺寸，否则就会影响牧畜的正常养殖，更严重者，甚至会影响生命健康，而奉加微PHY6227由于采用了SIP方案，有效减少体积和重量。

另一方面，智慧牧场的本质就在于通过数据统计，掌握饲喂情况，帮助牧场提升管理效益。以牛项圈为例，其主要作用就是用于检测奶牛的活动，计算奶牛运动步数，通过计步器，判定奶牛们的活动轨迹，然后再根据活动轨迹，判断哪头奶牛处于“亢奋状态”，从而进行人工授精。PHY6227合封的G-Sensor就可以在此过程中充分发挥其性能，在主控芯片BLE的驱动下，G-Sensor能够监测牧畜运动量等相关信息并上报云端，实现智能化管理，不仅可以提高牧场管理效率，还能提高动物健康水平。

当然，除了生物信息监控装置，健康穿戴也是PHY6227的运用领域之一。

随着智能手表、TWS耳机等产品普及度的加深，健康穿戴设备对小型化的要求越来越高，不同工艺的外设、主控、存储和电源进行SiP深度整合，为该需求提供了最优的解决方案。PHY6227采用针对低功耗需求的SoC架构定义，以及超低功耗射频收发机和通信基带，可以实现最低的峰值、平均和休眠功耗，进而保证智能戒指超长时间待机。

总而言之，奉加微PHY6227芯片集成了超轻量级、超小尺寸、高性价比、低功耗、易上手推广等多个优点，可以满足物联网连接设备的诸多要求。

PHY6229

作为奉加微另一款采用SIP方案的芯片，针对物联网传感器的多样性需求，PHY6229提供了低功耗、高精度的Sensor Hub，且Sensor Hub与主控芯片之间可实现相互独立工作，形成双核协调工作，可适配各类家居、工业等无线传感器的应用场景。

众所周知，当前声、光、电、热、力、位置等传感器是物联网SiP实现智能化的主要需求，在高精度低功耗Sensor Hub的助力下，目前PHY6229已经成功运用于交直流计量、健康监测、工业控制等领域。

以家庭健康监测场景为例，集成PHY6229的手指夹式血氧仪支持脉动式血氧测量的LED传输和接收路径，基于智能保留算法和数据校准方案，保证高效率和高精确度的临床测量，可通过BLE连接到智能手机等设备，将信息传输至云端，实现健康数据监控。工业级场景应用下，以PHY6229作为主控芯片的无线温度监控设备具有体积小、功耗低、测温精准、性价比高等优势，通过大面积无线组网实现区块范围内所有设备的操控，即时上传数据实现高温告警，实现智能化管理。

写在最后

当前，中国作为全球最大的物联网市场，IDC最新预测数据显示，中国物联网企业级市场规模将在2026年达到2,940亿美元，复合增长率（CAGR）13.2%。

随着物联网的快速兴起，毫无疑问系统级SiP芯片也将迎来快速发展机遇。奉加微作为一家成熟的物联网通信领域的芯片原厂，根据客户需求提供高质量的深度定制方案，伴随未来芯片性能更强、体积更小的需求，持续深耕SiP封装集成方案，为未来千亿级物联网市场发力蓄能。

来源： 半导体行业观察，新思界网，爱集微