TWS耳机主板小型化设计：堆叠式SiP与天线净空区规划要点

TWS壳子就那么大，塞完电池、扬声器、麦克风、触控，留给主板的地儿往往只剩一颗花生米。蓝牙SoC + PMIC + Codec + 传感器一摆，2.4G天线还得喘口气——传统双面PCB基本交不了差，堆叠式SiP（System-in-Package）是目前量产方案的主流解法，AirPods Pro 2 那颗"主板"其实就是典型 PoP + 嵌入式SiP的思路。

一、SiP 堆叠：从 2D 挤到 3D

TWS 主板 SiP 常见"基层 PCB + 上层 FCCSP/PoP + 侧面被动"的三明治结构：

• L1–L2（基板层）：蓝牙 SoC（如恒玄 BES2700、高通 QCC5171）打 FCBGA 直接贴基板，下方走 PMIC + Codec 的电源/音频走线，层间用 4–6 mil 盲埋孔（1-2-2 或 1-3-3-1 叠构）

• L3–L4（PoP 层，可选）：DRAM/PSRAM 叠在 SoC 上方（PoP 焊球 0.4 mm pitch），省掉板级走线

• 侧面/背面：0201/01005 被动 + 麦贴片 + 触控 Sensor，能贴缝隙的都贴

层叠别贪薄：TWS 里 PMIC 的开关频率 2–4 MHz，电源层与地层紧耦合（≤ 3 mil 介电），否则耳机戴耳朵上能听到"滋滋"的音频调制噪声——这是量产返修高发项。

Allegro 里 SiP 基板的净空规则可以这么挂：

# SiP 基板 Constraint：蓝牙区域 vs PMIC 开关区

axlSetPhysicalRule -name SIP_BT_CORE -width 2.5 -via "LASER_3_1"

axlSetPlacementKeepout -bbox {100 120 380 450} -layer TOP \

   -reason "BT_ANT_CLEARANCE"

二、天线净空：2.4G 的命门

TWS 的蓝牙天线一般走陶瓷贴片（主流通用）或 LDS 激光直接成型（旗舰款，AirPods 柄部那种），净空规划三个硬指标：

• 净空区尺寸 ≥ 5 mm × 5 mm（2.4G λ/25 量级），且下方不能走电源/高速线——走一根 PMIC SW 线，辐射杂散直接超 EN 300 328

• 净空区与电池仓间距 ≥ 2 mm，电池钢壳是 2.4G 的强反射面，贴太近效率掉 30% 起步

• GND 回流：天线馈点旁必须打至少 2 个 GND via 回主板地层，单边回流会让驻波比飘到 2.5 以上，配对距离缩水

耳机柄式（如 AirPods）和入耳式（如 Buds）布局差异大：

形态 天线位置 净空难点

柄式 柄下端陶瓷 / LDS 柄身 柄内径小（≤ 6 mm），净空要和指纹触控/拾音麦抢

入耳式 耳壳外侧 LDS / 陶瓷 净空被扬声器磁路和电池上下夹，只能偏外侧贴边

三、SiP 与天线的"抢地"协调

SiP 基板边缘 1 mm 内别布任何高速/开关信号——蓝牙发射时 PMIC 的 2 MHz SW 谐波会耦合进天线，实测 EVM 能劣化 3–5 dB。实操三个动作：

1. PMIC 与 BT SoC 分区放，中间用 GND 铜墙 + 2 排 via 隔开，SW 节点走内层、不上顶层

2. 天线净空下方的 SiP 层全部掏空成"无铜区"，只在边角留 GND 网格（≤ 30% 填充）当回流，别整面铺

3. 陶瓷天线底下的 SiP 层如果有埋盲孔，避开天线投影区 0.8 mm 以上，过孔残桩会拉低 Q

四、DFM 收尾三件事

• SiP 基板与主板互联：用板对板 BTB（0.4 mm pitch）或各向异性导电胶（ACF），TWS 里 ACF 更省高（AirPods 方案），但维修基本为零

• 触控环与天线共净空：电容触控的驱动环别绕天线一圈，会吸走辐射效率——触控走"指状"往柄下方引，天线区留白

• 量产裕量：天线匹配网络（π 型，两颗电容+一颗电感）留 NC 位，不同壳料（亮面/磨砂/涂装厚度）能让谐振漂 80–120 MHz，贴片时再调比改 SiP 划算

TWS 小型化的真谛不是"塞多密"，而是SiP 把数字/电源叠上去、天线净空往下/往外让、两两之间用 GND via 墙隔开。这套顺序走完，6 mm 柄径的板子塞 BES2700 + PMIC + Codec + 双麦 + 触控 + 陶瓷天线还能留 0.3 mm 装配公差——再挤就得上 Fan-out SiP 了，那是另一篇的故事。