隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)一步發(fā)展，先進(jìn)封裝成為了下一階段半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展方向。其中，SIP（System in Package）系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)因可幫助芯片成品增加集成度、減小體積并降低功耗，成為了半導(dǎo)體封裝的關(guān)鍵方案之一。
同時(shí)，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體則因高頻、高能效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)越性能特點(diǎn)，成為了時(shí)下最熱門的半導(dǎo)體材料，驅(qū)動(dòng)著新能源汽車、智能電網(wǎng)、新型顯示等領(lǐng)域的變革。
作為關(guān)鍵的半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)，以及性能更為優(yōu)越的半導(dǎo)體材料，SIP與氮化鎵的結(jié)合又將為半導(dǎo)體下游應(yīng)用帶來(lái)怎樣的變化？
在2023集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢(shì)研討會(huì)上，國(guó)星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān)成年斌就氮化鎵的SIP封裝及應(yīng)用進(jìn)行了解析與展望，分享了氮化鎵的SIP封裝技術(shù)如何更好地服務(wù)LED客戶的同時(shí)，為公司的半導(dǎo)體封裝業(yè)務(wù)開(kāi)辟更多可能。
國(guó)星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān) 成年斌
SIP系統(tǒng)級(jí)封裝成半導(dǎo)體行業(yè)大趨勢(shì)
從芯片的封裝發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，下游各類應(yīng)用對(duì)于集成電路芯片的功能、能耗及體積需求不斷提高，驅(qū)使芯片封裝不斷地往更小尺寸、更多功能、更輕、更薄、更快、更可靠、更小延遲的方向發(fā)展，從過(guò)往的TO封裝到DIP封裝，再到PGA、BGA、QFP封裝形式，芯片封裝的引腳、封裝系統(tǒng)化集成的器件不斷增多，封裝重量與尺寸不斷縮小。
順應(yīng)芯片封裝的發(fā)展趨勢(shì)，SIP技術(shù)由此誕生。通過(guò)將多個(gè)裸片及無(wú)源器件整合在單個(gè)封裝體內(nèi)形成系統(tǒng)或子系統(tǒng)，SIP成為了能夠?qū)崿F(xiàn)一定功能的集成電路封裝技術(shù)。然而SIP封裝技術(shù)較為復(fù)雜，并非簡(jiǎn)單的芯片與引線框架或基板的連接。
成年斌表示，SIP封裝涉及一系列的工藝和技術(shù)支持，包括性能、功率密度、功耗、成本等，技術(shù)層面還需考慮電磁場(chǎng)，電、熱結(jié)構(gòu)應(yīng)力，裝備工藝能力，材料特性等，各項(xiàng)融合才能制造出SIP封裝產(chǎn)品，這對(duì)企業(yè)的封測(cè)能力與經(jīng)驗(yàn)提出較高要求。
在科技快速進(jìn)步的今天，復(fù)雜且全能的SIP封裝技術(shù)已應(yīng)用于各大生活與生產(chǎn)場(chǎng)景，包括消費(fèi)電子、無(wú)線電子、醫(yī)療電子、云計(jì)算、工業(yè)控制、汽車電子領(lǐng)域等。展望未來(lái)，SIP封裝應(yīng)用將繼續(xù)擴(kuò)大，更多不同領(lǐng)域的芯片將朝SIP的方向發(fā)展，SIP封裝行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。
在SIP這成長(zhǎng)空間龐大的半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)里，具有豐富LED封裝經(jīng)驗(yàn)的國(guó)星光電正通過(guò)SIP封裝與氮化鎵的結(jié)合，為下游LED等各領(lǐng)域客戶帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電源方案，不斷擴(kuò)大公司在第三代半導(dǎo)體賽道的產(chǎn)品布局。
國(guó)星迎難而上，開(kāi)發(fā)豐富氮化鎵SIP產(chǎn)品
成年斌介紹，目前在SIP封裝方面，國(guó)星光電主要的研究方向是制造生產(chǎn)具備特定功能的氮化鎵開(kāi)關(guān)器件，由于氮化鎵功率器件本質(zhì)是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，若要實(shí)現(xiàn)特定的功能離不開(kāi)對(duì)氮化鎵開(kāi)關(guān)管的控制，而控制行為在電路中屬于邏輯部分，因而將邏輯電路和功率電路進(jìn)行SIP封裝具備高難度的挑戰(zhàn)。
其中包含了兩大技術(shù)難點(diǎn)，首先是熱均勻性問(wèn)題，邏輯端和電路功率端相合封時(shí)，功率端發(fā)出的熱量，邏輯端能否承受？熱應(yīng)力變化如何？多項(xiàng)熱量不均產(chǎn)生的器件缺陷問(wèn)題都需要被考量。
另一方面是電磁干擾問(wèn)題，邏輯端是由低電壓控制，而功率端需高電壓控制，在較小的器件空間里將會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的問(wèn)題，氮化鎵SIP器件能否正常工作。因此，氮化鎵SIP封裝并非簡(jiǎn)單的各類器件結(jié)合，二是需要考慮并解決上述相關(guān)的諸多問(wèn)題。
氮化鎵SIP封裝器件制造復(fù)雜，相關(guān)產(chǎn)品更加是少之又少。對(duì)于這尚未被挖掘的新興領(lǐng)域，國(guó)星光電迎難而上，通過(guò)在LED封裝領(lǐng)域的多年經(jīng)驗(yàn)與優(yōu)勢(shì)和在第三代半導(dǎo)體的潛心研究，成為了少數(shù)擁有豐富氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品的企業(yè)。
目前，國(guó)星光電已開(kāi)發(fā)出多款基于SIP封裝的氮化鎵IC產(chǎn)品，并配套開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的氮化鎵驅(qū)動(dòng)方案，可在LED照明驅(qū)動(dòng)電源、LED顯示器驅(qū)動(dòng)電源、墻體插座快充、移動(dòng)排插快充等領(lǐng)域得以應(yīng)用。
其中，驅(qū)動(dòng)器+氮化鎵產(chǎn)品在墻插快充產(chǎn)品上得以應(yīng)用，具備尺寸小、功率密度高的優(yōu)勢(shì)，輸出功率達(dá)到了35W，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。系列產(chǎn)品還可以應(yīng)用于120W、200W磁吸燈和櫥柜燈等驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景；
應(yīng)用于LED調(diào)光的AC/DC氮化鎵可控硅調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)芯片，其簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)內(nèi)置MCU芯片，可實(shí)現(xiàn)LED亮度從1%到100%的調(diào)節(jié)；另外，還有一款可雙路調(diào)光調(diào)色的氮化鎵控制IC，以電力載波的形式實(shí)現(xiàn)通信傳輸，產(chǎn)品同樣將MCU芯片與氮化鎵電路相結(jié)合。
成年斌表示，國(guó)星光電正在面向LED應(yīng)用下游，推動(dòng)氮化鎵驅(qū)動(dòng)方案的發(fā)展，從簡(jiǎn)單的氮化鎵單管，到合封驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，再到做氮化鎵SIP封裝以及功能多樣化的氮化鎵芯片，國(guó)星光電正在打造出全新電源管理IC技術(shù)路線。未來(lái)，在公司強(qiáng)大研發(fā)團(tuán)隊(duì)的支撐下，國(guó)星光電將持續(xù)發(fā)展氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品，推動(dòng)LED驅(qū)動(dòng)成為PD快充之后又一快速成長(zhǎng)的氮化鎵應(yīng)用市場(chǎng)。
國(guó)星立足LED封裝，重點(diǎn)培育第三代半導(dǎo)體
如今，國(guó)星光電依托優(yōu)異的LED封裝品質(zhì)口碑，正在重點(diǎn)培育新的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品，以促進(jìn)企業(yè)多元化發(fā)展。
憑借豐富的封裝技術(shù)專利與強(qiáng)大科研團(tuán)隊(duì)，國(guó)星光電持續(xù)孵化第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目中。除氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品外，國(guó)星光電還形成了碳化硅分立器件、碳化硅功率模塊、氮化鎵電源方案等一系列碳化硅/氮化鎵功率器件及應(yīng)用方案。
在半導(dǎo)體封測(cè)層面，國(guó)星光電已形成完整封測(cè)產(chǎn)線，可生產(chǎn)SOD/SOT系列、SOP系列、DFN/QFN系列、TO系列等封裝產(chǎn)品，支撐半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)務(wù)高品質(zhì)、穩(wěn)定、多樣化發(fā)展。
展望未來(lái)，國(guó)星光電在做精做專LED照明、顯示封裝業(yè)務(wù)的同時(shí)，將做強(qiáng)第三代化合物半導(dǎo)體及功率IC封測(cè)業(yè)務(wù)，期望通過(guò)8-10年時(shí)間的沉淀，成為化合物半導(dǎo)體封測(cè)龍頭。（文：集邦化合物半導(dǎo)體 Irving）
更多SiC和GaN的市場(chǎng)資訊，請(qǐng)關(guān)注微信公眾賬號(hào)：集邦化合物半導(dǎo)體。