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技术前沿:让我们来谈一谈封装




摘要:半导体的生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。虽然看起来似乎是一道简单的工序,然而具有创新性的半导体封装却决定着半导体发展的未来,同时也将会是企业取得成功的核心竞争力。

世界各地的人都有节日送礼的习惯。每年的这个时候,送礼的人都会花费心思用彩纸或丝带将礼物精心的包装起来。虽然我们在包装礼品时不遗余力,煞费苦心,但其中的礼品却往往远比外观重要得多。

然而,对于半导体的封装而言却不会出现同样的情况。

事实上,研发全新且富有创意的方法来封装我们的尖端技术对于半导体的未来发展而言至关重要。

以医疗保健电子产品为例,无论是针对患者护理而设计的专业组件还是可穿戴式的个人健身设备,这些突破性电子产品中所包含的电路元件必须封装在比以往更小的空间内,同时还不能影响其性能和可靠性。半导体产品的封装必须要覆盖并保护内部电路元件,并且能允许外部连接的访问以及提供针对某些应用的环境感测能力。

在医院环境中,X射线、计算机断层扫描(CT)和超声设备均要求具备极高的分辨率,以便帮助医疗专家获取最为清晰的内部组织影像,而例如CT扫描等大型数字图像则需要在通过1000s通道时迅速的将单独的像素从模拟数据转换成数字数据,同时尽可能的减少失真。因此,我们在将相当数量的模数转换器(ADC)通道封装到特定空间时还要保证其能够提供相应的性能。通常来说,单个或几个实用的高速ADC无法处理大型CT数字图像所需的全部数据,同时也没有足够的空间来将多个分离的ADC彼此相邻放置。针对这种情况,德州仪器(TI)的工程师提出了一种创新型的解决方案,即创建两个或四个堆栈,每个堆栈由64个ADC通道组成,从而使得通常只能容纳64个通道的空间最多可以容纳256个ADC通道。

这种封装技术被称为第三维应用,虽然听起来并不复杂,但是其实际的操作却面临着许多挑战。例如,当我们封装的IC越密集时,它们之间互相干扰的可能性就会越大。同时我们还需要解决ADC有效散热的问题,因为封装内的温度升高将会影响到器件的性能。

当涉及到外部传感器时,封装就会变得更具挑战性。在大多数情况下,集成电路(IC)可以被安全的包在其封装内,但外部传感器却必须暴露于外界环境中,以为医疗环境提供高度可靠的信息。面临这些挑战,TI在其最新的白皮书中提供了各种示例,同时介绍了独特的封装技术解决方案。

试图在更小的空间内保持相同的性能所要面临的挑战不胜枚举,而正是出于这种原因,封装领域的创新才是取得成功的核心竞争力。

对可穿戴式个人健身设备而言,问题的侧重点不再是大量的数据处理,而是要在保持低成本的同时最大限度地减少尺寸和重量。例如在智能手表中,IC封装必须以最小的体积容纳电子组件,以免设计出的手表过于庞大或笨重。通常而言,针对此类应用的传统封装高度为0.4—0.5毫米,而TI的工程师已经成功的研发出了高度仅为0.15毫米的PicoStar™封装,并且计划进一步将高度降低至0.1毫米以下。PicoStar可以被嵌入到印刷电路板中,如此一来,设计人员就能够在空间受限的设计中为IC或传感器留出额外的层。此外,TI还可以提供能够集成PicoStar封装和其它系统级组件的MicroSiP™(封装内的微系统)。我们需要像PicoStar和MicroSiP这样的创新,以便让未来的可穿戴式个人健身设备更加美观典雅。

封装在医疗应用中未来5至10年的发展趋势将会让人为之振奋。随着技术的进步,也许电路板上IC的封装已经不再是一个难题,取而代之的是研究假肢或皮肤粘附性电子产品上的IC封装方法。此外,我们还必须在封装的领域中不断开拓创新,使封装与生物相容性材料进行结合,从而让人体不再对这些电子产品产生不良反应或排斥。

德州仪器的工程师所研发的IC正在不断的改善着人们的生活方式。就如同我们在节日期间包装和拆开礼品一样,这种创新型的封装本身就是一种礼物,用于包装、保护并且实现那些正在改变世界的技术。

了解TI关于封装的更多信息:
• 关于逻辑封装
• 小间距QFN封装PCB设计串扰抑制分析
• 加入TI在线技术支持社区
 

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