在最近与一家主要线性IC制造商的会议上,工程师指出芯片级封装(CSP)技术可能会受到IC布线公理的困扰。
对于CSP来说,其实封装就是模型本身,通过与更小规模的集成,会有很少或者没有明显的损伤。在CSP中,与较大的IC相比,功能有限的较小IC将在尺寸、性能和响应时间方面为市场带来独特而美丽的切入点。
只要不存在综合劣势,即当单功能芯片的集成度不大于集成所有功能的单个芯片时,在芯片上集成更少的功能会带来其他好处。通过在芯片上仅集成少量的模块或功能,而不是将所有的都集成在一起,而不是为了实现大量的功能而不得不做出妥协,商家可以选择已经针对模块功能优化的工艺的独立制造技术。比如,你可以使用优化的低噪声前端制造技术和另一种技术来实现音频通道的高压输出驱动。
具有讽刺意味的是,今天,为了更好地将不同的半导体技术(如模拟、数字、精密、快速和稳定)与对单一功能模块的需求相匹配,商家往往将IC芯片集成在一个公共基板上,并将其称为混合器件。时至今日,这种混合设备在电子世界的狭缝中仍有自己的小生存环境,只是很窄。
为了长远的利益,每一个只有少数几种功能的IC芯片的市场风险会更小。集成较多的设备通常专注于特定市场,甚至特定客户,但在其他场合的应用价值会很小。然而,更小的设备将对更大的客户群具有更广泛的应用价值,这些客户将能够只选择他们想要的功能,而放弃他们不需要的功能。
随着技术车轮的进步,工程师往往需要重新评估自己已经实践多年的想法。随着芯片级封装技术的发展,对于系统分区中的每一个小功能IC,我们都可能“落后于时代”。
一种新型装置的诞生往往会改变整个装置系统的面貌,促进电力电子技术的发展。自1957年第一只晶闸管问世以来,经过40多年的发展和研究,先后推出了可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等40多种功率半导体器件。目前,它们正朝着高频、大功率、智能化和模块化的方向发展。本文将简要介绍模块化的发展趋势。所谓模块,最初的定义是将两个或两个以上的功率半导体芯片按照一定的电路连接起来,用RTV、弹性硅胶、环氧树脂等保护材料密封在绝缘外壳内,并与导热底板绝缘。自20世纪70年代SemikronNurmbeg将模块原理(当时仅限于晶闸管和整流二极管)引入电力电子技术领域以来,模块化引起了世界各地电力半导体公司的关注,开发和生产具有各种内部电气连接的电力半导体模块。如晶闸管、整流二极管、双向晶闸管、反向导通晶闸管、光控晶闸管、关断晶闸管、巨晶体管(GTR)、MOS可控晶闸管(MCT)、功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。这使得模块技术蓬勃发展,在器件中所占的比重越来越大。
根据美国90年代初的统计,近十年来,300A以下、20A以上的分立晶闸管、整流二极管、达林顿晶体管的市场份额从90%下降到20%,而上述器件的模块从10%上升到80%,可见模块的发展之快。
随着基于MOS结构的现代半导体器件研发的成功,即低电压控制、低驱动功率的IGBT、功率MOSFET、MOS控制晶闸管(MCT)和MOC控制整流器(MCD)的出现,开发出了一种智能功率半导体模块,即IPM,它将器件芯片与控制电路、驱动电路、过压、过流、欠压保护电路和自诊断电路结合在一起,密封在同一个绝缘外壳内。
为了进一步提高系统的可靠性,适应电力电子技术向高频化、小型化、模块化的发展方向,一些厂商在IPM的基础上增加了一些逆变功能,将逆变电路(IC)的所有元件以芯片的形式封装在一个模块中,成为用户专用的功率模块(ASPM),不再采用传统的引线连接,而是内部连接采用超声波焊接、热压焊接或压接的方式,以尽量减少寄生电感。