環旭電子 | 異質整合時代的測試新解方：以 MicroPython 讓 SiP 從「被測」走向「自測」

10/27/2026

異質整合時代的測試新解方：以 MicroPython 讓 SiP 從「被測」走向「自測」

作者：Callon Huang, Associate Manager of Advanced SiP Technology Center

當摩爾定律逐漸放緩，把處理器、記憶體、電源管理與射頻元件整合進同一顆模組的系統級封裝（SiP, System in Package），成為穿戴裝置與耳機「做得更小、功能更強」的關鍵。根據 Yole Group 預估，全球 SiP 市場將從 2022 年的 212 億美元成長至 2028 年的 338 億美元，其中行動與消費性電子約占九成。

然而，功能越多，測試就越久。以 USI 參與的一款旗艦級真無線藍牙耳機（TWS）音訊專案為例，新一代主控晶片帶來更強的主動降噪與空間音訊，待測物（DUT, Device Under Test）的測試接腳從 50 支增至 70 支，測項與時間隨之拉長。在量產線上，測試時間直接決定需要多少台測試機。每多一秒，乘上龐大出貨量，就是可觀的成本。因此，客戶與 USI 共同設定目標：在確保穩定的前提下，將單次測試時間縮短 60 秒。

傳統做法的瓶頸：一問一答的「被動考生」

傳統測試軟體分為三層：主機（Host）負責介面、排程與資料上傳；中間層（Mix Layer）驅動電源量測單元、示波器等儀器；最底層是 DUT 內部的韌體（FW, Firmware）。在這個架構下，DUT 就像只能被動作答的考生。每當要切換工作模式或設定參數，主機都必須透過 UART 等通訊介面逐條下達指令、等待 DUT 回覆、確認無誤後，才能控制儀器進行下一步量測。一次完整測試約有 3,000 條指令來回傳遞，每條往返約 2～3 毫秒；光是「傳話」就耗掉大量時間，而通訊環節越多，出錯的機率也越高。

uPy 是什麼？讓 DUT 從被動受測變成主動自測

uPy 即 MicroPython，是專為微控制器（MCU）打造的精簡版 Python 3。業界多將它用於汽車、醫療、物聯網與穿戴產品的原型開發，常見於 STM32、ESP32 等平台，但通常是獨立運作的韌體，不與其他程式協作。

USI 的做法是把 uPy 植入 SiP 產品本身並與既有 FW 協同運作：將主機與 DUT 間交互最頻繁、流程繁瑣但運算單純的步驟以 uPy 撰寫，打包成 Bin 檔燒錄進 DUT 快閃記憶體的閒置空間，FW 只需新增「啟動」「停止」等少數指令。測試時主機一聲令下，DUT 便自行設定模式、通知儀器量測、處理資料，最後一次回傳結果。換句話說，考生從「老師念一題、寫一題」，變成「拿到整份考卷自己作答」。主機也因此被釋放：DUT 執行任務 A 的同時，主機可平行處理任務 B，兩者完成後再進入任務 C。據我們的業界比對，這是 MicroPython 首度在 SiP 測試系統中與 FW 協同運作。

圖 1｜導入 uPy 前後的測試流程比較，導入 uPy 後，DUT 在內部自行完成測試，主機可平行處理其他任務。

從概念到量產：USI 跨越的三道關卡

團隊歷經兩代架構迭代，第一代執行期間主機仍無法完全釋放，第二代讓 DUT 自行處理資料與演算法，才真正解放主機，這段過程中必須跨越三道關卡：

一、任務怎麼分？

團隊將全部測項分類排序，並評估 DUT 的運算能力。以讀取產品資訊為例，外部診斷指令每條需 2～3 毫秒，改由內部 uPy 讀取僅需約 2 微秒，快了約千倍，也不再發生字元遺失。通訊則依任務分流：模式設定走 I²C、指令交互走 UART、資料擷取走 Ethernet。

二、工具不夠怎麼辦？

MicroPython 僅內建精簡函式庫，主機端一行就能呼叫的曲線擬合、巴特沃斯濾波器，在 uPy 中都得依原理自行開發。FW 與 uPy 共存於同一顆晶片，團隊也精算快閃記憶體配置，防止記憶體洩漏。

三、資料怎麼傳？

為不干擾 FW，uPy 不使用序列埠中斷或輪詢，而以 DUT 內部 1KB 的暫存區（Scratchpad）作為「交換信箱」：主機寫入 0xAA 代表開始，DUT 完成一段任務後回覆「uPy:ok」並寫入 0x55 通知下一步；需長期保存的資料則存入非揮發性記憶體（NVRAM）。針對暫存區不支援的浮點數，團隊另行設計了報文格式。

圖 2｜uPy 模式下的通訊與資料交換架構，FW 與 uPy 透過暫存區（Scratchpad）與 NVRAM 間接交換資料

實際成果：單次測試從 232.7 秒降至 163.0 秒

在音訊 SiP 專案上，導入 uPy 後單次測試時間由 232.7 秒降至 163.0 秒，節省 69.7 秒、降幅約 30%，超越原訂的 60 秒目標。效益最顯著的是 ADC 讀取（23.7 秒降至 3.9 秒，降幅 83%）與驗證項目（38.2 秒降至 19.5 秒）。我們也如實記錄代價：燒錄 uPy 程式需額外 2.2 秒，電壓檢查項目增加 1.3 秒，但整體效益遠大於此。

圖 3｜音訊 SiP 專案導入 uPy 前後的測試時間比較（資料來源：USI 實測）。

這組數字的意義是：在測試站為產線瓶頸、其他條件不變時，同一台測試機每小時可多測約四成產品；換言之，相同產量所需的測試設備可減少約三成。通訊環節減少也降低了重測率，而 MicroPython 內建的互動式命令列（REPL）則讓工程師能即時除錯。

不僅著眼製造，更能設計測試架構

該項測試研究專案展現了 USI 在 SiP 供應鏈中的定位：我們不只負責模組的設計與製造，更自主開發測試系統、測試軟體與 SLT 自動化框架，能從架構層面與客戶一起找出降本空間。本方法不增加產品硬體成本、測試軟體層級維持不變，凡內建 MCU 的 SiP 產品，從智慧手錶、耳機到物聯網模組——都具備導入潛力。展望未來，SiP 整合的功能只會越來越多，測試時間的壓力也將持續升高。我們認為，「讓產品參與自己的測試」將從單一專案的優化，逐步成為 SiP 測試設計的主流思維。對 USI 而言，每省下一秒，都是為客戶累積的長期競爭力。

常見問題 Q&A

Q1. 什麼是 uPy（MicroPython）？
uPy 即 MicroPython，是 Python 3 程式語言的精簡實作，專為記憶體與運算資源有限的微控制器（MCU）設計。它保留大部分 Python 語法與部分標準函式庫，並提供互動式命令列（REPL），常用於物聯網、穿戴裝置、汽車與醫療電子的嵌入式開發。環旭電子（USI）則將它應用於 SiP 量產測試，讓待測產品主動執行測試任務。

Q2. uPy 如何縮短 SiP 測試時間？
傳統測試中，主機需逐條下指令給待測物（DUT）並等待回覆，一次測試約有 3,000 條指令往返。USI 將交互頻繁的測試步驟以 uPy 寫成程式燒錄進 DUT，測試時由 DUT 自行設定模式、通知儀器量測並處理資料，大幅減少通訊往返；同時主機可平行處理其他任務，因此整體測試時間明顯縮短。

Q3. 環旭電子導入 uPy 測試技術的實際成效為何？
在一款旗艦級真無線藍牙耳機的音訊 SiP 專案中，單次測試時間由 232.7 秒降至 163.0 秒，節省 69.7 秒、降幅約 30%，超越原訂 60 秒的目標。其中 ADC 讀取項目由 23.7 秒降至 3.9 秒，降幅達 83%；驗證項目則由 38.2 秒降至 19.5 秒。

Q4. 什麼是 SiP（系統級封裝）？為何測試時間對 SiP 特別重要？
SiP 是將處理器、記憶體、電源管理、射頻等多顆晶片與被動元件整合於單一封裝模組的技術，廣泛用於手機、真無線耳機與智慧手錶。由於 SiP 高度整合、測項繁多，測試時間直接決定產線所需的測試機數量與成本。Yole Group 預估全球 SiP 市場將於 2028 年達 338 億美元，測試效率因此成為 SiP 供應鏈的重要競爭力。

Q5. 哪些產品適合導入 uPy 測試技術？有什麼限制？
uPy 測試技術適用於內建微控制器（MCU）、且快閃記憶體仍有可用空間的 SiP 產品，例如真無線耳機、智慧手錶與物聯網模組。限制包括：MicroPython 函式庫較精簡，濾波、擬合等演算法需自行開發；與韌體共存時須妥善規劃記憶體；資料交換受暫存區容量（約 1KB）與資料型別限制，需設計專用的報文格式。

Q6. 測試時間縮短 30%，對客戶與 EMS 產線有什麼實際意義？
在測試站為產線瓶頸、其他條件不變時，測試時間縮短約 30%，代表同一台測試機每小時可多測約 43% 的產品，或以約少三成的測試設備達成相同產量，進而降低設備投資、廠房空間與營運成本。通訊環節減少也有助於降低重測率、提升測試可靠度。