手機/平板漸融合　通用型PMIC加速發展

　　奧地利微電子（Austria Microelectronics）市場經理Don Travers（圖4）表示，以往手機、平板PMIC規格有所差異，隨著產品尺寸日益多元，上市時程壓力劇增，品牌和處理器業者均希望盡量縮減設計改變幅度和成本，并達到新產品快速上市的目標，已刺激手機、平板通用型PMIC方案崛起。

　　此外，行動裝置處理器與PMIC之間溝通緊密，傳統設計上大多將兩顆晶片的距離拉近，以減輕資料傳輸負擔與功耗，卻也引發熱源集中的問題，反而影響系統效率。為改進散熱問題，PMIC業者競相提出新的系統布局模式，并針對大尺寸手機更加復雜的多核心處理器、背光模組功率管理需求，取法平板電源控制的優點，以兼顧手機效能與續航力。

　　Travers強調，因應市場需求，奧地利微電子即跳脫一般PMIC商專攻手機或平板的單線發展模式，除積極擴張手機、平板通用型PMIC陣容外，近期更發布一項PMIC遠端回饋線路專利，大幅簡化行動裝置系統設計與散熱問題。

　　據悉，該方案目標係簡化電源管理系統布線，并拉開處理器與PMIC的距離以分散熱源，透過在處理器端外掛一顆功率級（Power Stage）模組，再以遠端回饋線路串連高整合度PMIC，可因應處理器動態電源負載變化做出迅速反應，同時提供較高的轉換效率及更靈活的印刷電路板 （PCB）布局。

　　隨著PMIC整合更多控制元件與電路，并引進數位設計拓撲提升效率，晶圓代工廠和電源晶片商也研擬導入先進製程，開發新一代異質功能整合PMIC，滿足復雜的系統電源管理需求。

　　邁向異質功能整合　PMIC加速制程演進腳步

　　聯電市場行銷處技術經理楊登棠（圖5）表示，高通、戴樂格（Dialog）正積極布局整合MCU及DSP核心的下世代PMIC，藉以提升晶片整合度，讓行動裝置業者有更多設計空間塞進新應用功能，并提高電源管理效率。隨著類比/數位異質晶片融合需求浮現，PMIC晶片商將改變以往類比IC不追求先進製程的概念，加速從現階段主流的0.18微米製程，跨入0.13/0.11微米，甚至在1？2年內朝90、65/55奈米邁進。

　　不同于數位晶片、隨機存取記憶體（RAM）均須倚賴奈米先進制程，才能提高邏輯密度及運算效能，同時減輕功耗、尺寸及生產成本；PMIC等各種類比晶片對電晶體密度的要求則較低，反而著重在晶圓后段導線製作或深溝層隔離（Deep Trench Isolation， DTI）等技術，以改善導通電阻（RDS（ON））及各種操作特性，因此主流製程仍停留在0.18微米以上，晶圓尺寸也還在用六吋、八吋方案，每2年晶片體積微縮比率僅有10~25%。

　　然而，楊登棠分析，目前行動裝置PMIC內部至少都有二十到五十個功能區塊，且接腳數超過兩百個；加上晶片商正致力研發類比/數位異質晶片整合型 PMIC，而新增的MCU、DSP、雜訊消除IC等數位核心一定要以先進製程來做才能發揮經濟效益，在PMIC整合度不斷翻升之下，朝奈米製程演進的需求已開始涌現。同時，相關大廠考量先進製程成本較高，更研擬在2？3年內全面改搭12吋晶圓生產，將晶片產出數量提升兩倍以上，進而縮減10%左右的量產成本。

　　因應新世代PMIC製作需求，楊登棠透露，聯電將部署0.11微米、65/55奈米BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）等多元製程。其中，0.11微米方案已開始試產，今年底將正式上線，該公司旗下七個八吋晶圓廠將有五個支援此製程節點，至于65/55奈米BCD方案則是未來主攻重點，將持續加碼投資。此外，聯電近期還與一家晶片廠攜手合作90奈米客製化PMIC製程，并已進入測試階段。

　　事實上，行動裝置品牌廠不僅希望節省晶片耗電，也須要開闢更多電力來源，以滿足用戶行動運算的需求，因而帶動晶片商投入發展微型、高效率交流對直流（AC-DC）充電方案。

　　確保充電快又準　充電器/測試方案翻新

　　恩智浦（NXP）電源方案資深產品行銷經理張錫亮（圖6）強調，EuP Lot 6節能規範施行后，行動裝置業者已面臨更嚴格的產品功耗要求，包括在待機模式下不得超過1瓦（W）；而關機模式則須低于0.5瓦耗電量等規範，因而須導入更新一代的電源轉換器晶片方案，提高電源轉換效率。

　　張錫亮分析，要降低待機功耗的首要關鍵就是減少系統零組件用量，因此電源晶片商正競相發展一次側回授（PSR）、同步整流AC-DC拓撲設計方案，將充電器的零組件控制在叁十顆以下，并滿足各種國際節能規範的電源效率要求。

　　尤其近來手機和平板充電器共用的設計趨勢成形，更將驅動AC-DC電源設計轉變。張錫亮指出，由于手機充電功率為5瓦，而平板多在11瓦左右，因此新一代充電器須偵測裝置所需電壓，以辨別并切換手機或平板充電模式。目前恩智浦已開發一套小型化AC-DC解決方案，可透過在二次側偵測負載變化，動態調整一次側的開關模式電源（SMPS）控制器，同步支援平板、手機充電。

　　隨著行動裝置充電技術革新，新興系統與電池電流量測方案的需求也開始涌現。安捷倫應用工程部資深專案經理祁子年（圖7）表示，手機廠在開發軟硬體時須執行一系列標竿測試，包括評估整體裝置與電路的電池消耗，以及驗證應用程式對系統電力供應的影響等。

　　祁子年指出，行動裝置大多皆導入省電模式，以短叢發的發訊方式運作節省電力，由于裝置在此模式下耗電流非常低，傳統量測方案的動態範圍無法準確測量出系統功耗變化，因此業界正興起互補累計分布函數（CCDF）量測方案，并搭配脈衝式電流抽取技術，同時擴充儀器的動態電流範圍，從而分析并最佳化行動裝置省電模式的運作模式。

　　增加手機電力來源　電池廠競逐新材料技術

　　儘管系統節能設計功夫已有長足進步，但手機廠最終的期待仍是擴充電池容量，工研院IEK產業分析師呂學隆（圖8）表示，手機電池效能每年提升比重僅約 5~8%，遠不及新產品功能演進速度，因此，電池業者已規畫從電池正負極材料、驅動電壓和極板設計叁方面著手，期能兼顧電池體積、容量和成本。

　　呂學隆透露，叁星SDI近期已在電池表面鍍上新材料，開發出4.4伏特（V）高壓驅動的鋰電池方案，藉以改善電流耗損過多的問題，并妥善利用每一分電力；同時，該公司也利用涂布製程及特殊復合材料，提高電池極板的能量密度。至于樂金化學（LG Chemical）和日本戶田工業等日韓電池材料大廠，則投入開發下世代正負極材料，將以鋰叁元系、氧化硅等方案增加蓄電量。

　　顯而易見，隨著行動裝置功能規格迅速攀升，晶片商、電池和量測業者均不遺余力發展「開源節流」的解決方案。其中，由于PMIC掌管系統供電，對新一代行動裝置的發展尤其重要，產值可望從2012年的15億美元，飆升至2016年的24億美元，為相關業者帶來更多商機。