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讓我們談一談半導(dǎo)封裝技術(shù)前沿

發(fā)表時(shí)間:2022-03-31
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    世界各地的人都有節(jié)日送禮的習(xí)慣。每年的這個(gè)時(shí)候,送禮的人都會(huì)花費(fèi)心思用彩紙或絲帶將禮物精心的包裝起來(lái)。雖然我們?cè)诎b禮品時(shí)不遺余力,煞費(fèi)苦心,但其中的禮品卻往往遠(yuǎn)比外觀重要得多。


然而,對(duì)于半導(dǎo)體的封裝而言卻不會(huì)出現(xiàn)同樣的情況。


事實(shí)上,研發(fā)全新且富有創(chuàng)意的方法來(lái)封裝我們的尖端技術(shù)對(duì)于半導(dǎo)體的未來(lái)發(fā)展而言至關(guān)重要。


以醫(yī)療保健電子產(chǎn)品為例,無(wú)論是針對(duì)患者護(hù)理而設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)組件還是可穿戴式的個(gè)人健身設(shè)備,這些突破性電子產(chǎn)品中所包含的電路元件必須封裝在比以往更小的空間內(nèi),同時(shí)還不能影響其性能和可靠性。半導(dǎo)體產(chǎn)品的封裝必須要覆蓋并保護(hù)內(nèi)部電路元件,并且能允許外部連接的訪(fǎng)問(wèn)以及提供針對(duì)某些應(yīng)用的環(huán)境感測(cè)能力。


在醫(yī)院環(huán)境中,X射線(xiàn)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)和超聲設(shè)備均要求具備極高的分辨率,以便幫助醫(yī)療專(zhuān)家獲取最為清晰的內(nèi)部組織影像,而例如CT掃描等大型數(shù)字圖像則需要在通過(guò)1000s通道時(shí)迅速的將單獨(dú)的像素從模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),同時(shí)盡可能的減少失真。因此,我們?cè)趯⑾喈?dāng)數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)通道封裝到特定空間時(shí)還要保證其能夠提供相應(yīng)的性能。通常來(lái)說(shuō),單個(gè)或幾個(gè)實(shí)用的高速ADC無(wú)法處理大型CT數(shù)字圖像所需的全部數(shù)據(jù),同時(shí)也沒(méi)有足夠的空間來(lái)將多個(gè)分離的ADC彼此相鄰放置。針對(duì)這種情況,德州儀器(TI)的工程師提出了一種創(chuàng)新型的解決方案,即創(chuàng)建兩個(gè)或四個(gè)堆棧,每個(gè)堆棧由64個(gè)ADC通道組成,從而使得通常只能容納64個(gè)通道的空間最多可以容納256個(gè)ADC通道。這種封裝技術(shù)被稱(chēng)為第三維應(yīng)用,雖然聽(tīng)起來(lái)并不復(fù)雜,但是其實(shí)際的操作卻面臨著許多挑戰(zhàn)。例如,當(dāng)我們封裝的IC越密集時(shí),它們之間互相干擾的可能性就會(huì)越大。同時(shí)我們還需要解決ADC有效散熱的問(wèn)題,因?yàn)榉庋b內(nèi)的溫度升高將會(huì)影響到器件的性能。


 


   當(dāng)涉及到外部傳感器時(shí),封裝就會(huì)變得更具挑戰(zhàn)性。在大多數(shù)情況下,集成電路(IC)可以被安全的包在其封裝內(nèi),但外部傳感器卻必須暴露于外界環(huán)境中,以為醫(yī)療環(huán)境提供高度可靠的信息。面臨這些挑戰(zhàn),TI在其最新的白皮書(shū)中提供了各種示例,同時(shí)介紹了獨(dú)特的封裝技術(shù)解決方案。試圖在更小的空間內(nèi)保持相同的性能所要面臨的挑戰(zhàn)不勝枚舉,而正是出于這種原因,封裝領(lǐng)域的創(chuàng)新才是取得成功的核心競(jìng)爭(zhēng)力。


   對(duì)可穿戴式個(gè)人健身設(shè)備而言,問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不再是大量的數(shù)據(jù)處理,而是要在保持低成本的同時(shí)最大限度地減少尺寸和重量。例如在智能手表中,IC封裝必須以最小的體積容納電子組件,以免設(shè)計(jì)出的手表過(guò)于龐大或笨重。通常而言,針對(duì)此類(lèi)應(yīng)用的傳統(tǒng)封裝高度為0.4—0.5毫米,而TI的工程師已經(jīng)成功的研發(fā)出了高度僅為0.15毫米的PicoStar封裝,并且計(jì)劃進(jìn)一步將高度降低至0.1毫米以下。PicoStar可以被嵌入到印刷電路板中,如此一來(lái),設(shè)計(jì)人員就能夠在空間受限的設(shè)計(jì)中為IC或傳感器留出額外的層。此外,TI還可以提供能夠集成PicoStar封裝和其它系統(tǒng)級(jí)組件的MicroSiP(封裝內(nèi)的微系統(tǒng))。我們需要像PicoStar和MicroSiP這樣的創(chuàng)新,以便讓未來(lái)的可穿戴式個(gè)人健身設(shè)備更加美觀典雅。


    封裝在醫(yī)療應(yīng)用中未來(lái)5至10年的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)讓人為之振奮。隨著技術(shù)的進(jìn)步,也許電路板上IC的封裝已經(jīng)不再是一個(gè)難題,取而代之的是研究假肢或皮膚粘附性電子產(chǎn)品上的IC封裝方法。此外,我們還必須在封裝的領(lǐng)域中不斷開(kāi)拓創(chuàng)新,使封裝與生物相容性材料進(jìn)行結(jié)合,從而讓人體不再對(duì)這些電子產(chǎn)品產(chǎn)生不良反應(yīng)或排斥。