O que é SiP (System in Package) e quais os benefícios para smartphones?

SiP (System-in-Package) é uma tecnologia que combina dois ou mais circuitos integrados em um único pacote, facilitando a criação de chips funcionais para smartphones e outros dispositivos eletrônicos. Sua principal vantagem é a miniaturização, permitindo a fabricação de dispositivos mais finos e compactos, e reduzindo o consumo de energia.

SiP, ou System in Package (Imagem: Vitor Pádua / Tecnoblog)

Como funciona um SiP (System in Package)?

O SiP integra processador, RAM, memória flash, resistores, capacitores, conectores e antenas no mesmo substrato. Ele tem alta flexibilidade de design e pode, teoricamente, conter um número ilimitado de circuitos integrados, de acordo com a AnySilicon, intermediária no setor de semicondutores.

O SiP reúne diferentes tipos de semicondutores em um só pacote, como:

Silício (Si)

Silício-germânio (SiGe)

Nitreto de gálio (GaN)

Arsenieto de gálio (GaAs)

Cada semicondutor é otimizado para funções específicas, como processamento de dados, armazenamento, fornecimento de energia, e conexão sem fio.

O SiP conecta circuitos baseados em diferentes processos de fabricação, e geralmente combina vários processos de encapsulamento, como ligação por fio metálico (wire bonding), encapsulamento em nível de wafer (wafer-level packaging) e flip chip. Basta adicionar alguns componentes externos, e conectá-los à placa-mãe, para criar dispositivos compactos e completos.

Quais são os componentes de um SiP?

Diagrama do Snapdragon SiP 1 (Imagem: Divulgação / Qualcomm)

Os componentes de um SiP (System in Package) podem variar de acordo com a aplicação e a fabricante. De forma geral, podemos citar os seguintes elementos:

CPU: processador para computação de dados;

GPU: para processamento gráfico;

Memória RAM: para abrir e rodar aplicativos;

Memória flash: para armazenamento de dados;

Circuitos analógicos: uma combinação de transistores, resistores e capacitores que usam sinais analógicos, em vez de pulsos binários como circuitos digitais;

Sensores: para medir movimento (acelerômetro, giroscópio) e outros;

Modem: para conexão celular, como 4G ou 5G;

Transceptores RF: para conexão Wi-Fi e Bluetooth.

Quais os principais benefícios de um SiP?

O uso de SiP em smartphones e outros eletrônicos compactos proporciona as seguintes vantagens:

Maior desempenho: SiPs aceleram o trajeto dos sinais elétricos entre os chips graças a fios mais curtos e conduítes mais largos, enquanto semicondutores exigem fios mais longos e mais finos para integrar diferentes recursos;

Maior eficiência energética: SiPs reduzem as distâncias que os sinais elétricos precisam percorrer, principalmente dentro e fora da memória, reduzindo o consumo de energia e bateria;

Menor custo: SiPs reduzem o custo de integrar circuitos analógicos, que são mais difíceis de migrar para litografias menores (ideais para circuitos digitais);

Economia de espaço: SiPs permitem fornecer uma solução completa ao integrar dispositivos externos como antena de Wi-Fi, sensores MEMS e componentes passivos que não cabem em um SoC.

Quais são as aplicações de um SiP?

O uso da tecnologia System in Package está associado a diversas indústrias. As principais aplicações do SiP são:

Eletrônicos de consumo, como smartphones (caso do Snapdragon SiP 1), dispositivos vestíveis e casa conectada;

Veículos automotores;

Telecomunicações;

Sistemas industriais;

Indústria aeroespacial.

Quais são as principais fabricantes de SiPs?

A lista de fabricantes de SiPs inclui as seguintes empresas:

ASE Holdings

Fujitsu

Qualcomm

Renesas

Samsung Electronics

Texas Instruments

Toshiba

O mercado de SiP valia US$ 14,8 bilhões em 2020, e deve chegar a US$ 34,2 bilhões em 2030, de acordo com a consultoria Allied Market Research.

Qual é a diferença entre SiP e SoC?

A principal diferença entre SiP (System in Package) e SoC (System-on-a-Chip) está no “die”, ou seja, no bloco de semicondutor no qual é montado um chip funcional. O SiP é multi-chip: ele reúne, no mesmo pacote, vários componentes em dies separados. Enquanto isso, o SoC incorpora todos os componentes necessários no mesmo die, em um único chip.

Por exemplo, um SoC pode integrar a unidade central de processamento (CPU), o processador gráfico (GPU), memória e armazenamento na mesma base de silício, que é empacotada como um só chip. O desempenho tende a ser maior que em um SiP, devido ao maior número de circuitos dentro do chip; mas o custo de projetar o SoC pode ser mais alto.

Enquanto isso, um SiP combina dies de diferentes processos de fabricação, conecta todos eles, e os reúne em uma só placa de circuito impresso. Isso permite uma maior flexibilidade de design.

Um SiP pode ter centenas de elementos combinados. Por exemplo, o Apple Watch usa o processo SiP desde sua primeira geração em 2015, reunindo mais de 20 chips e 800 componentes em um pacote com 1 mm de espessura, segundo a fabricante Utmel Electronics.

O que é SiP (System in Package) e quais os benefícios para smartphones?