SiP技术解决微型、穿戴装置整合功能需求

使用SiP技术将大量功能芯片整合，与MCU整合设计，因应小型化设计电子产品整合需求。InvenSense

穿戴装置产品极度讲求产品的重量、体积与使用体验，传统的电子产品开发设计方法已无法因应穿戴产品设计需求，必须采用更积极微缩产品体积、减轻终端设计重量同时又能维持运行效能、良好使用体验的设计方案…

观察新颖的穿戴智能应用市场，在产品设计上有几个重点，如重量、体积与使用体验等，都是终端用户评监产品特性表现优劣的观察重点，而穿戴装置不仅外形多变，也多朝外观极度小型化设计趋向，这与穿戴装置产品需同时整合大量传感元件、甚至是健康数据的进阶脉搏指数读取设计功能，产品难免会变得厚重的结果有点后背道而驰。

穿戴应用体积小  SiP封装技术可优化产品设计

而为因应穿戴装置多变外型与小型化设计，传统的PCB(Printed circuit board)电路板需要平整空间设置的条件相对较无法满足，因此开发业者被迫采行利用集成电路整合封装与内部连线的SiP(System in Package)封装设计，处理大量传感器整合与电路连接需求设计，一方面精简电路板设计与多IC的占位空间设计问题，同时简化外部连线仅需使用可挠性的软式电路板或电子线路，仅连接关键功能模块、开关或是电池元件，即可做出如手镯状、手表、眼镜状态外型，甚至是腕带可挠状态的穿戴式智能运算装置。同时，以半导体科技还可达到降低总体物料清单(Bill Of Material；BOM)成本优点，有助制造商打造出更便宜、功能性更高的产品。

其实穿戴电子产品并不是新东西，Google Glass智能眼镜、Fitbit体感记录器等热门电子产品，相关技术在电子制造产业早有相关基础整合技术，透过新的IC整合技术才能让智能设备大幅微缩体积与重量，并可搭配在各种以往不可能装载智能运算功能的穿戴产品上，由于应用新颖、加上智能整合，也让这类智能整合穿戴应用成为目前最热门的应用。观察现有穿戴式智能电子产品，甚至是一些还在开发中的热门项目，在功能设计应用模式上都存在一些共同的设计脉络可供开发新产品时的参照。

穿戴电子热门  设计趋势驱动模块朝SiP方案整合

例如，目前主流穿戴式装置都设计能与一部常规电脑主机进行数据交换，例如桌上型电脑、笔记本电脑或是智能手机、平板电脑等产品进行产品连接配对，对于隐私要求较高的个人健康信息，还可选择透过硬件机码绑定装置与云端数据应用帐号，避免不同装置遭破解登入影响原穿戴硬件记录的数据真实性，而连接端的主机设备可以提供穿戴设备较缺乏的大型显示屏幕显示内存信息，或是透过整合操作界面为穿戴装置做更深入的功能调校。

在硬件设计方面，穿戴式设备可以说是最接近身体的电子装置，可以配戴于手腕、或以首饰型态挂于颈部、或是采眼镜设计方式配戴，因此装置本身外部若与人体接触，在外部机壳的材料选择就相当重要，一般以运动用途的穿戴装置会选高耐汗、抗菌、富较佳触感弹性的矽胶材料，若是饰品设计则会采用航太铝材或是医疗级不锈钢材料经成形抛光处理，例如多款智能手表多半选用铝材或是不锈钢金属制作机壳，但机壳选定后还需考量天线设置与实际运行效能问题，才能达到兼具设计与成本的使用效益。

因应应用生态系整合  穿戴设计才能发挥综效

除了前述摸得到、看得到的穿戴应用设计外，潜藏产品外观底下的系统设计，才是这类穿戴式应用能否发挥综效的重要关键！首先，智能穿戴装置需要与智能终端协同运作才能发挥效益，目前业界以Apple iOS、Google Android操作系统为两大主流，对应其应用生态系，穿戴装置就必须更注意其衔接应用生态系的整合应用，才能有效达到搭配整合的实质效益。

例如，针对iOS装置协调整合应用的智能穿戴设备，就必须搭配iOS对健康信息整合的SDK(Software Development Kit)进行对应App功能开发与装置衔接驱动，才能有效将穿戴装置记录的健康信息汇入iOS的健康数据生态系中，进行搭配整合。至于Android系统的部分，除穿戴装置本身若SiP整合的MCU(Microcontroller Unit)与运算资源硬件条件允许，其实可以直接选用Android Ware嵌入式系统直接整合应用支持，与Android智能装置搭配衔接更顺畅，装置端的方展方向与整合型式，也会直接影响穿戴装置的产品市场价值与使用便利条件。

至于穿戴装置的功能特性，例如更小的尺寸、更精密的生理数据撷取与分析，或是针对iOS或是Android嵌入式操作系统最佳化穿戴设计，都会影响不同用户选用对应穿戴应用的决策因素，同时这些附加卖点也会影响整个穿戴装置的设计复杂度，而在功能设计部分，例如心跳、血压、血氧浓度，甚至是穿戴者的情绪监控、睡眠品质监控等，都是由穿戴装置藉由定时传感用户生理与移动动态信息进行的数据分析产生的关键信息，甚至是穿戴装置针对用户周遭环境的户外紫外线强度、空气品质进行进阶传感，只要整合技术够完整都是有可能达到的设计功能。目前要达到多传感器整合，同时又要兼顾体积必须微缩、电路功耗必须积极优化等设计条件，仅有SiP集成电路封装等级的功能整合，才能办得到这些传感功能结合。

Always-on、进阶MEMs整合  穿戴装置产品功能升级关键

以早期穿戴式电子应用产品观察，以Nike FuelBand或是Jawbone UP这类功能简易的智能手环产品，基本上仅需整合加速度计搭配嵌入式MCU与部分储存元件就能透过生物的动态表现分析导出如重量训练、户外运动、奔跑或是打球等运动状态信息，但实际上这种间接分析推导的活动信息与运动量的转换，多半与现实状况仍存在极大误差。

而关键传感器如ECG(Electrocardiography)生理监控模块、各式MEMs(Micro Electro Mechanical Systems)传感元件以SiP集成电路的封装技术进行整合，如光传感器、多轴陀螺仪、生理信息撷取模块等传感技术，穿戴装置就能有更多环境与生物体的运动特徵数据来源进行处理与分析，系统运算分析的生理运动状态与生理体徵信息也会更加完善精确。

穿戴式电子产品若推到医疗应用体制中，甚至能为一些慢性病、需长时间观察生理动态体徵的医疗行为，提供更完整的诊疗信息参照，例如对糖尿病病患进行24小时？365天永不断线(Always-on)的血糖精密量测，或是针对骨骼或关节退化患者进行植入人工关节或外体活动动态监测，让医患之间可以利用更完善的病徵检测、分析，进而提出更精准的医嘱或是进一步重点治疗，不仅可以提升医患关系、强化诊疗效果，也能利用更精确的医疗服务机制避免病症恶化，提升医疗品质。

产品功耗优化  提升穿戴应用使用体验

但穿戴电子设备要导入医疗用途，最大的门槛在于电子电路的设计方案，必须达到医疗级的高稳定性要求，例如，电子电路需要满足抗震高稳定性要求，一般电子电路若是PCB设计，容易因机构的外部应力导致关键元器件焊点剥离使得电路功能失效；而用SiP制作而成的集成电路功能模块，因为相关电子线路都以封装体缜密包装，结构上即具备高材料强度、抗化学腐蚀等特性，为穿戴式电子导入医疗用途势必需导入的关键技术方案，另医疗用途重视的不间断持续量测应用，SiP技术也能提供功能模块更优异的电力续航表现，让产品可以长时间待机运行而不用频繁更换电池，影响使用体验。

另一重要关键是医疗应用中，对于电子产品的无线传输、电磁波要求更高，因为电磁波无有效管制可能会导致其他医疗电子设备出现功能失效或是记录数据失误问题，因此，即便是穿戴装置也必须注意电磁干扰问题。

在穿戴应用导入SiP制程，可以将电子电路限缩在芯片尺寸的大小，功能芯片可以在极小范围进行电磁干扰改善设计，加上穿戴电子的电力供应相当小，也进一步减少其电磁干扰影响问题，同时，穿戴电子多使用近距离低功耗的蓝牙无线传输技术，不仅传输能量小、范围有限，也能对整体功能电路的电磁干扰问题降到最低。