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。





