在拇指大小的空間裡塞進 100 顆晶片
AirPods Pro(第 2 代)單耳重量僅 5.3 克,但內部包含了 近 100 個晶片封裝、3 個 MEMS 麥克風、一個高振幅驅動單體、觸控感測器、皮膚感測器、藍牙天線、和一個 3.7V 鋰電池。這密度在全球消費性電子產品中可說是空前絕後。
Lumafield 的工業 CT 掃描顯示,AirPods Pro 3 甚至進一步將 H2 晶片的功能從一個集中的 SiP 分散為沿著耳機柄排列的多個獨立 BGA 模組,以最大化內部空間利用率並優化訊號走線。
H2 晶片的 SiP 系統級封裝
AirPods Pro 2 的核心是 Apple 設計的 H2 晶片,封裝在一個 SiP(System-in-Package,系統級封裝)模組中。
SiP 是什麼?和一般的 SoC(System-on-Chip,單一晶片)不同,SiP 是把多個不同功能、不同製程的裸晶(die)封裝在同一個模組內,透過內部的 substrate 走線互連。
H2 SiP 內部包含:
- 藍牙 5.3 基頻晶片(數位邏輯)
- 音訊 DSP 處理器(即時 ANC 運算,每秒 48,000 次調整)
- 記憶體(DRAM)
- 電源管理 IC(PMIC)
- 14 個半導體裸晶和 IPD(整合被動元件)
TechInsights 的拆解分析指出,H2 的藍牙 SoC 內含 三個獨立裸晶(die),而前一代 H1 只有兩個。這些裸晶使用引線鍵合(wire bonding)和倒裝晶片(flip-chip)混合工藝連接,以在極小空間內最大化 I/O 密度。
MEMS 麥克風陣列:每耳三顆,每顆不同任務
AirPods Pro 2 每邊有三顆 MEMS(微機電系統)麥克風:
| 位置 | 類型 | 功能 |
|---|---|---|
| 耳機外側(向外的網孔) | 前饋麥克風 | 捕捉環境噪音,供 ANC 反向波生成 |
| 耳機內側(向耳道的網孔) | 反饋麥克風 | 監測耳道內殘留噪音,校正 ANC 效果 |
| 耳機柄底部 | 語音麥克風 | 通話收音 + 波束成形(beamforming) |
AirPods Pro 2 使用的 MEMS 麥克風來自 歌爾微電子(Goermicro),特別之處在於採用了 security ball bond(安全球焊) 技術——焊線尾端形成一個球狀結構,增加焊點機械強度,防止摔落或振動導致的焊線斷裂。這是對 AirPods 容易摔落的使用場景做的針對性工程設計。
聲學設計:不只是喇叭,是一個微型音響系統
AirPods Pro 的聲學設計遠比一般耳機複雜。它不只是一顆喇叭單體,而是一整套 微型音響系統:
- 高振幅驅動單體:Apple 訂製的 11mm 動圈單體,搭配雙磁鐵磁路系統,衝程比一般耳機單體長 50%
- 倒相孔(bass port):耳機外殼側面有一條細長的倒相管,用於釋放耳道內的氣壓、同時增強低頻響應
- 聲學網布(acoustic mesh):在出音孔和麥克風孔上都覆蓋了精密孔徑的聲學網布,阻擋灰塵和耳垢但不影響聲音穿透
- 內置通氣孔:耳機外殼側面的長條形開口,用於平衡耳道內外氣壓,減輕「塞住」的不適感
為什麼 AirPods 幾乎無法維修
iFixit 給 AirPods Pro 的維修分數是 0/10,這不是沒有原因的:
- 全膠封裝:耳機外殼使用雷射焊接 + 結構膠黏合,拆開必然破壞外殼
- 軟板電池:電池使用軟性排線焊接到主板,不是連接器,更換需要顯微鏡級焊接
- 晶片密集:100 個晶片封裝擠在指甲大小的 PCB 上,任一元件損壞幾乎無法更換
- 防水密封:IPX4 防水意味著所有開口都有防水膜和密封膠
AirPods Pro 3:CT 掃描揭露的新設計
最新的 AirPods Pro 3(第三代)做了一個有趣的設計變更:H2 晶片不再是單一 SiP,而是 拆成多個獨立 BGA 晶片,沿著耳機柄排列。Lumafield CT 掃描顯示:
- 訊號路由從「集中 → 發散」改為「分散 → 就近連接」
- 電池容量因此增加了約 33%,續航從 6 小時提升到 8 小時
- 耳機柄內部空間利用率達到極致,幾乎沒有空隙
這驗證了 Apple 的設計哲學:不是先設計功能再找空間,而是先決定空間再分配功能。