随着电子产品变得越来越小并且集成了更多组件,保护集成电路的封装设计变得越来越重要。

2021年6月24日
 

借助我们在封装、产品设计、技术开发和制造方面的独特研发专业知识组合,我们的客户能够通过更小、集成度更高的芯片来实现产品差异化,从而提高可靠性、增强性能并使电子产品更经济实惠。

在从医疗电子产品到工厂自动化的各种应用中,对半导体封装这一日益重要的技术进行创新有助于生产出更小、更快和更可靠芯片,从而提高性能、实现更高的功效和更低的成本。

“封装是连接电子电路与现实世界的桥梁,”公司封装组研发总监 Anindya Poddar 介绍。“无论您是观看平板电视、戴着智能耳塞听音乐、领略自动化工厂中机器的高效还是操控自动驾驶车辆,所有这些都是通过封装的小型化和集成实现的。”

半导体封装将许多数字电路整合到一起并将它们连接到电路板,从而与其他系统组件交互。封装类型有上千种。

电子产品无处不在,而且机械系统越来越多地被电子产品所取代。

“每种类型的电子设备都有不同的需求,”从事封装技术工作的 TI 员工 Sreenivasan Koduri 说道。“外太空对使用芯片的要求与工厂机器人、数据中心服务器、手机、洗碗机或电动汽车不同,一种芯片尺寸并非适用于全部使用场景。”

设计、开发和制造不同类型的封装在创新方面需要具备一系列独特功能。

我们公司在封装、产品设计、技术开发和制造方面的内部研发专业知识为优化封装技术提供了独特的优势。

小型化

在 1958 年 Jack Kilby 发明集成电路之前,电子产品封装在玻璃或金属管中,因为这些材料可以承受电路产生的高热量。在 Jack 取得突破性进展后的几十年里,半导体变得无处不在,因为每一代半导体器件都变得更加实惠,从而广泛应用于电子产品领域。但由于当时人们注重电路功能,之后人们才开始使用塑料来封装集成电路。

现在情况变了。封装可以带来很多好处,因此作为半导体的微分电路变得日益重要。在初始设计阶段就要决定采用何种封装,来确保器件满足设计工程师的尺寸、功率密度、性能和可靠性需求。

如今,设计人员寻求能够处理更高功率,同时仍能保护其精密电路的更小封装。一些业界超小的集成电路正在帮助工程师打造越来越小的设计,例如用于患者监测应用的微型可穿戴电子设备、用于语音系统的微型麦克风,以及由超小型温度传感器提供支持的微型耳塞。

典型的封装包括集成电路芯片和将其连接到引脚的导线,引脚将封装连接到印刷电路板。

如今,我们提供不足一平方毫米的业界超小型运算放大器以及超小的数字温度传感器以太网 PHY 收发器隔离式 CAN 收发器等等。我们公司的封装创新可实现比一粒胡椒还小的集成电路。我们的微型产品能够让设计人员在不牺牲性能和可靠性的情况下,减小整体解决方案的尺寸(通常也能降低成本),或在相同的空间内提供更多功能。

“小型化带来的挑战是如何在更小的空间内增加功率密度,”Anindya 说。“封装对于符合更高的热性能要求至关重要,这样我们客户的产品就可以安全、可靠地重复用于各种电子产品。”

集成

将多个芯片以及电感器、电容器、隔离栅和传感器等元件封装在单个封装中,可以缩小整体元件尺寸、降低系统成本、提高电路速度和效率以及提高系统可靠性。

“集成这些器件可以让设计人员实现更多功能,而这些功能在单电路封装中无法实现,”Sreenivasan 提到,“通过封装实现集成开启了一个全新世界。”

例如,在汽车市场中为电动汽车板载充电系统供电、符合汽车标准的业界先进氮化镓 (GaN) 器件集成了硅基 GaN 场效应晶体管 (FET) 和可快速开关的硅栅极驱动器,支持客户将开关、控制器和保护技术轻松集成到采用热增强封装的单个芯片上,使得该解决方案能够承受更高的电压。我们公司的硅基 GaN 基板利用处理能力提供优于碳化硅等类似基板材料的成本优势。

为了帮助设计工程师支持工业通信应用中越来越多的电源域,我们公司的四通道数字隔离器集成了芯片级变压器,在单个小型封装中实现信号和电源隔离。与分立信号和电源隔离解决方案相比,除了将布板空间减少 30% 之外,这种集成水平还提高了系统性能并通过行业低辐射简化了系统认证,这对于恶劣工业环境中的应用至关重要。

我们新推出的毫米波技术将天线直接集成到封装中,从而降低了开发成本,并实现超小尺寸,能够在更多位置(例如门把手)灵活放置传感器。我们的毫米波创新提供了片上系统雷达技术,可实现车辆周围 3D 物体检测、车内乘员检测,并为各种汽车带来安全功能。

改进的规格

随着芯片封装重要性的增加,芯片设计和封装设计之间的界限已不复存在,曾经这是两个截然不同的过程。

“封装曾经是实现电路的无源器件,但随着时间的推移,它的作用已经发生了变化,”Sreenivasan 说。“现在,在许多情况下,封装不仅是支持、封装和保护晶粒,而且本身也具有功能性。封装正在改进器件的规格。”

微型集成封装将继续改善我们的生活、学习和工作方式。

“封装将更多功能放入更小的空间,并为使用我们产品的用户提供更多价值,”Anindya 说。“集成和小型化连同卓越制造能力创造了创新机会,同时让电子产品对每个人都更经济实惠。”

我们热衷于让世界更美好

帮助客户设计和生产更小巧、更快、更可靠的产品,从而实现高性能、更高的功效和更低的成本,是 TI 革新者致力于通过半导体技术降低电子产品成本、让世界更美好的明证。每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使技术变得更小巧、更高效、更可靠、更实惠,开拓新市场可实现半导体在电子产品领域的广泛应用。在 TI,这就是工程的进步。这正是我们数十年来以至现在一直在做的事。