隨著電子產品的外型日益輕巧、整入越來越多元件,包覆和保護積體電路的封裝益形關鍵

透過德州儀器在封裝、產品設計、技術開發與製造領域上獨到的研發實力,客戶能運用更袖珍、整合度更高的晶片,打造價格更親民的電子產品,並提升穩定度與性能,以實現產品差異化。

從醫療電子產品到工廠自動化等各式應用,半導體封裝的重要性與日俱增,相關的技術創新滿足了業界對於更輕巧、更快速、更可靠的晶片需求,進而實現高效能、提升功效與降低成本。

德州儀器封裝事業部研發總監 Anindya Poddar 表示:「封裝是連結電子電路與真實世界的橋樑。無論是觀賞平面電視、戴著智慧耳機聽音樂、感受自動化工廠中機器的高效運作、或快意馳騁自動駕駛車,我們所享受的這些體驗無不受惠於封裝微型化與整合。」

半導體的封裝整入大量的數位電路,並將電路連上電路板,與其他系統元件介接互動。封裝的種類高達數千種。

 進一步了解德州儀器的創新封裝之道  

電子產品無所不在,已漸漸取代傳統的機械系統。

專研封裝技術的德州儀器院士 Sreenivasan Koduri 指出:「每一種電子裝置的需求各異。用在外太空的晶片和工廠機器手臂、數據中心伺服器、手機、洗衣機或電動車所使用晶片的需求截然不同,無法一體適用。」

封裝種類如此包羅萬象,需要有一系列獨特的能力,才能實踐相關設計、開發和製造的創新。

憑藉內部在封裝、產品設計、技術開發與製造專才上深厚的研發實力,德州儀器掌握優化封裝科技的獨特利基。

微型化

Jack Kilby 於 1958 年發明積體電路以前,電子元件封裝在玻璃或金屬管內,因為這些材料可承受電路產生的高熱。在 Kilby 取得技術突破後的數十年間,隨著半導體的技術成本一代低於一代,而能更廣泛應用至電子產品中,半導體變得隨處可見。不過,在過去首重電路功能的思維下,塑膠封裝的可能性只是事後諸葛。

現在的狀況則大不相同。挾其眾多益處,封裝已是半導體領域中日形重要的差異化因素。廠商必須在設計初期決定如何封裝,以確保產品符合設計工程師對尺寸、功率密度、性能及可靠性的要求。

今日的設計人員不斷尋找能處理更高功率,並能同時保護精密電路的更小型封裝。在業界一些最小積體電路的奧援下,工程人員打造出日益精巧輕薄的設計,包括:用於病患健康監測應用的小型電子穿戴裝置、語音或語言系統的微型麥克風,以及搭載超小型溫度感測器的迷你耳塞。

典型的封裝包含 IC 和將其連至引腳的佈線。引腳串連起封裝與印刷電路板。

目前,德州儀器除了有尺寸不到 1 平方毫米、業界最小的運算放大器,還有最袖珍的數位溫度感測器乙太網路 PHY 收發器隔離式 CAN 收發器等各式各樣微型化的產品。這些積體電路有的甚至比一粒胡椒還小,其幕後的推手便是我們在封裝技術上的創新。德州儀器的微型產品幫助設計人員縮減整體解決方案的大小(通常還能降低成本),或在相同空間內納入更豐富的功能,同時也不減損任何性能與可靠性。

Poddar 言道:「微型化的挑戰是要在更小的空間中提高功率密度。封裝是滿足更嚴格散熱要求的關鍵要素,封裝做得好,客戶的產品才能安全、可靠、重複地應用在各式各樣的電子產品中。」

整合

藉由將多個晶片,以及電感器、電容器、隔離層和感測器等元件都納入單一封裝裡,整體元件尺寸與系統成本得以縮減,同時,電路速度與效率及系統可靠性皆可提高。

Koduri 補充道:「這些元件整合後,設計人員能創造更多的功能,實現單一電路封裝所不能之事。封裝帶來的高度整合已將我們帶入新的境界。」

以汽車市場為例,業界首款用於電動車車載充電系統的車用級氮化鎵 (GaN) 元件,整合了矽基氮化鎵場效應電晶體 (FET) 與可快速開關的矽閘極驅動器,便於客戶將開關、控制器和保護機制整入一個採散熱強化型 (thermally enhanced) 封裝的單晶片上,以加強解決方案的電壓承受力。德州儀器的矽基氮化鎵基板運用加工能力,能比碳化矽等類似基板材料提供更卓越的成本優勢。

為幫助工程師支援工業通訊應用中越來越多的電源域 (power domain),德州儀器一款四通道的數位隔離器整合了晶片級變壓器,從而在單一的小尺寸封裝中達成訊號與電源的隔離。相較於離散式的訊號與電源隔離方案,此等整合度不但能減少三成的電路板空間,還透過業界極低的輻射發射來簡化系統認證,以符合嚴苛的工業環境應用所需。

德州儀器最新的毫米波技術將天線直接整合到封裝內,在降低開發成本之際,也提供超小系統尺寸的優勢,使感測器能靈活裝設於更多新的地方 (如門把)。此項毫米波創新可提供系統單晶片雷達科技,以實現車輛周遭 3D 物體檢測及車內乘客偵測,並為多種車輛增添安全功能。

規格提升

晶片設計與封裝設計的流程曾經壁壘分明,但在晶片封裝重要性攀升的今日,兩者之間的界線已消失無蹤。

「封裝過去是支援電路的被動元件,但隨著時間演進,其角色已不可同日而語,」Koduri 表示:「現在,在許多情況下,封裝的用途不只是支持、封裝和保護晶粒,它本身也有功能性。封裝正在推動產品規格的提升。」

微型整合封裝將持續改善人類生活、學習與工作的模式。

Poddar 分析道:「封裝將更多功能納入更小的空間內,並為採用我們產品的用戶提供更多價值。整合和微型化的結合,再佐以卓越的製造能力,不僅能開啟更多創新契機,還讓電子產品對每個人來說都變得更經濟實惠。」

一秉初衷,開創更美好的世界

德州儀器的創新先鋒致力於運用半導體技術降低電子產品的成本,讓世界變得更美好。我們兢兢業業幫助客戶設計及生產更小、更快、更可靠的產品,以實現高效能、強化功效與降低成本,正是此承諾的具體作為。在上一代技術的基礎上,我們持續推進新一代的創新,創造出更輕巧、更高效、更可靠、更具成本效益的技術方案,並不斷開拓新市場,將半導體推向各個電子產品的領域。在德州儀器的眼中,這就是工程進步,亦是我們數十年來始終如一的堅持。

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