应用TSV内部连线技术 SiP整合功能更完整小巧

搭配云服务整合，个人运动数据分析数据进行智能分析，生理数据应用更具价值。BodyMedia

移动产品产品在功能性、效能要求增加，对于左右产品体积、功能表现的电路载板也要求越小越好，因此能让电路载板体积大幅缩小的SiP技术重要性在新一代电子产品设计中的重要性逐渐增加，甚至成为产品创新、功能升级的重要关键设计…

这几年电子科技产品要求越来越高，尤其是智能手机的设计方案，不仅要更薄、更轻更小，还需要维持丰富的功能整合与更长的电池使用续航能力，这些产品设计要求已不是传统的电子电路优化整合就能应付，需搭配新一代的功能芯片整合技术才能达成其设计目标。

例如电子产品大量整合的传感元件，像是陀螺仪、加速度传感器、气压计、高度计等传感元件，已在电子电路设计成为重要的功能项目，早期使用离散设计将各关键元件布局于电路载板上，部分传感元件有方向性的要求，也导致电路载板设计上的限制，让相关功能线路尺寸相对要求较大、同时因为线路复杂在开发设计与验证成本相对较高。

随着产品体积微缩设计要求提升，传感器厂商也推出类似Sensor Hub的整合方案，应用整合功能控制微控制器(Machine Control Unit；MCU)、搭配系统级封装(System in package；SiP)甚至3D IC的矽穿孔(Through-Silicon Via，TSV)整合技术，让微控制器、被动元件、电子电路与重点传感元件、多轴微机电(Micro Electro Mechanical Systems；MEMs)传感器系统可以微缩整合在单一SiP芯片中封装所有关键功能，以尺寸更小的Sensor Hub方案解决智能产品所需的设计要求。

MEMs应用功能  透过SiP技术整合微缩

透过微控制器进行整合多种MEMs传感器的传感模块方案，已经成为Sensor Hub重要设计趋势，目前在中、低端智能手机、平板电脑的Sensor Hub整合传感功能模块，大多采用微控制器和多元MEMs传感器分离设计架构，但智能手机业者在产品功能要求持续提升下，印刷电路板(Printed circuit board；PCB)的电路载板空间越来越有限，而能在整合电路、微缩多功能芯片特性达到极优异的SiP和TSV整合构装技术渐受重视，同时开始被应用于结合微控制器与MEMs微机电传感器的应用范畴，整合设计效用也渐受市场重视。

以运用SiP技术整合微控制器与多轴MEMs传感模块，同时整合如加速度计、陀螺仪、磁力计等重点传感模块的Sensor Hub方案，已可将功能模块微缩至仅需要4mm × 4mm水准，甚至以SiP技术搭配TSV构装方案，还可将整合微控制器与多轴MEMS传感器以更小的终端元件尺寸完成相关功能实践，体积更小、功能却丝毫不打折，由于利用SiP技术整合MEMs功能模块的效益极佳，主流传感元件供应商如STMicroelectronics、Freescale、Atmel等也有针对这类需求推出高整合度的传感模块解决方案。

这类高整合度的传感模块方案，一般会以ARM微控制器如Cortex-M0+或Cortex-M4微控制器搭配MEMs功能方案进行整合，透过SiP封装技术目前主流方案已可做到整合九轴MEMs方案与关键微控制器整合功能，原有占位空间较大的等效设计现在使用一个SiP构装的传感模块IC元件就能实现，对优化智能手机的尺寸、功耗与功能等设计要求，具相当实用且显着的整合效益。

健康监测应用模块  也可透过SiP技术优化

令大量使用SiP技术的也不光MEMs微机电的传感模块设计方案，先进的SiP技术近来也渐受ECG(Electrocardiography；ECG或者EKG)功能的智能手机产品设计青睐，导入相关整合方案为产品体积大幅缩减优化而努力。ECG技术为智能手环、智能手表等穿戴应用结合健康生理传感应用开始发酵，同时相关应用设计再延续整合入智能手机的应用方案中，早期ECG传感模块功能实践的线路、元件体积较大，为了满足智能穿戴应用设计需求，因此透过SiP技术整合的需求应运而生，而相同的SiP功能模块也能用于智能手机产品之中，为新一代智能手机提供更多应用卖点。

尤其是透过SiP集成电路水准的封装技术，可以将原有离散设计的ECG功能模块利用多芯片与电子线路、被动元件的高度整合封装，将关键功能模块极度微缩成单一芯片封装尺寸，对于智能产品整合ECG功能可用更简单的方式完成线路设计与功能验证，加速产品开发速度外，同时模块化、IC芯片化的功能模块在成本上也会较离散元件的成本更低，对终端产品的性价比表现也会较市场其他产品更具竞争力。

智能穿戴装置、智能手机在整合ECG功能模块后，可以透过智能手机进行接近医疗等级的个人生理状态传感数据撷取，例如老人可以透过ECG功能的手环或手机时时掌握个人健康状态，甚至透过智能手机与线上医疗服务系统连线，创造智能手机结合云端医疗服务的新应用服务生态系，创造智能手机的应用价值。

值得一提的是，未来云端医疗的终端用户，在使用移动端医疗装置时，除可以将个人健康生理数据传输至医院端、供医生透过云端资源进行医疗诊疗参考外，也可将相关数据先行上传至云端医疗数据中心，透过云端医疗智能分析机制先进行初步诊断分析与健康提示，相关用途多元且极具市场商机。

但实际上基于医疗应用的云端服务，不只会在医疗相关的数据数据累积量会变得十分庞大外，也考验着终端装置在传输数据的正确性与实用性，在芯片商角度必须以更缜密的软？硬件整合进行医疗用芯片设计，同时搭配前端演算法预先排除异常数据或是提升整合效益，再由终端整合的无线传输功能将医疗数据上传至云端进行分析，可让ECG端取得的数据可在质与量同时达到应用需求。

在ECG模块整合MCU  可优化数据采集品质

而在移动医疗应用市场需求持续增温下，加上智能手机竞争日趋白热化，在智能手机整合医疗芯片、增加手机附加价值已成2015年产品的重要设计方向，例如Samsung的新款高端智能手机均已整合脉搏、个人生理健康数据分析功能，而Apple的iOS除整合了健康管理监控功能，同时释出相关生理数据监控的应用开发SDK资源外，其iPhone产品还可搭配2015年上市Apple WATCH进行个人生理数据撷取、分析与进阶应用整合，这些重点医疗功能整合都需要搭配相关应用模块进行功能实践。

以医疗用的ECG模块为例，必须纳入整并的功能模块包含微控制器、无线区域网络(Wi-Fi)、低功耗蓝牙(Bluetooth)传输、类比？数码转换器(ADC)、类比前端模块、电源管理IC与配套使用的软件整合等，而ECG前端模块仅是解决数据撷取与传输的需求，整个云端医疗系统能积极运行、进行进阶应用服务开发，还得需要提供后端衔接的数据库、健康医疗数据自动采集机制与相对应的数据库界面参考设计，可提供ECG数据整合与云端医疗应用开发参考。

而透过SiP整合技术协助，可让原本采离散设计的ECG功能电子电路体积大幅微缩，不仅能实践原有的ECG功能，甚至透过整合微控制器的协助，为医疗数据初步在前端采集就能先排除异常数据或搭配内建数据库比对分析，优化前端数据采集的品质，也能进一步提升整个智能医疗系统的系统整合效益，同时，原有离散设计的功能模块，再透过芯片化封装的SiP整合后，甚至可以让整体功耗再优化10%~20%、终端设计元件成本也更加低廉，也是ECG功能应用透过SiP技术整合封装后的附带效益。