系統級封裝(system in package,SIP)是一種新型的封裝技術,在IC封裝領域,SIP是的封裝。在ITRS2005中對SIP的定義是:“SIP是采用任何組合,將多個具有不同功能的有源電子器件與可選擇的無源元件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件,組裝成為可以提供多種功能的單個標準封裝件,形成一個系統或者子系統”。對于SIP而言,在單一的模塊內需要集成不同的有源芯片和無源元件、非硅器件、MEMS元件甚至光電芯片等,更長遠的目標則考慮在其中集成生物芯片等。目前在無線通訊領域內特別是在3G領域內,SIP是非常有潛力的技術。
汽車電子
目前,SIP技術已經在汽車電子領域得到了廣泛的應用,如發動機控制單元(ECU)、汽車防抱死系統(ABS)、燃油噴射控制系統、安全氣囊電子系統、方向盤控制系統、輪胎低氣壓報警系統等。此外,SIP技術在快速增長的車載辦公系統和娛樂系統中也獲得了成功的應用。
醫療電子
醫療電子注重產品的可靠性、尺寸、功能和壽命,如何在更小的體積內實現更多的功能和更好的性能是其面臨的經典問題。在醫療電子領域,SIP的典型應用產品主要為可植入式電子醫療器件,如心臟起博器、心臟除顫器、輸藥泵、助聽器等。當人體心臟持續快速跳動或電子脈沖紊亂時,醫學上稱之為心臟纖維性顫動,心臟除顫器可以及時產生高壓脈沖對心臟進行電擊,從而消除心臟纖維性顫動,使心律恢復正常。Valtronic SA使用折疊理念,將邏輯電路、存儲器和無源組件結合到單的SIP中,應用于助聽器和心臟起博器。
計算機和網絡技術
在計算機/網絡技術等應用方面,往往要求將ASIC或微控制器和存儲器集成在一起。例如在PC中的圖形處理模塊內,通常包括圖形控制IC和兩片SDRAM。現在絕大多數圖形處理模塊在生產中都采用標準的塑封焊球陣列多芯片組件方式封裝。這種方式從封裝角度考慮成本低,但對于存儲器卻不合適。因為SDRAM器件需要地進行動態老化。SIP減少了母板布線層數和復雜性,同時提高了母板的空間利用率,可在有限的空間中集成更多的功能塊。
常見的功率半導體器件有金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管芯片(IGBT)及模塊等。
電子設備正朝著高頻、、高可靠、高功率和低成本的發展方向,相應的功率器件也要求高頻、高可靠、低損耗和低成本。
目前主流的功率器件主要是MOSFET和IGBT。
日本ROHM公司在中國舉辦發布會,發布業界快trr性能的600V超級結MOSFET PrestoMOS系列。羅姆半導體(上海)有限公司設計中心經理水原德健對MOSFET和IGBT做了市場優劣勢分析:
MOSFET優點是高頻,可以工作到幾百KHZ,甚至MHZ、10MHZ都沒問題;缺點是不耐高壓,在高壓大電流場合功耗較大,1500W以上就沒有優勢了。IGBT優點是導通壓降小,耐高壓.功率可以達到5000W;弱點是開關頻率大40—50KHz,開關損耗大。
MOSFET一般在較低功率應用及較高頻應用(即功率)
羅姆的高耐壓超級結MOSFET
功率元器件一般是由硅、碳化硅、氮化鎵這三種材料做成,碳化硅和氮化鎵是相對新的功率器件材料。而本次發布會介紹的產品——超級結MOSFET和PrestoMOS,是硅材料產品。
高壓MOS在市場上應用很多,每個廠家對“高壓MOS”定義不同,有的說200V以上是高壓MOS,但比較普遍的認為是,500-600V以上的是高壓MOS。市場上用的多的高壓MOS也是600V,大概占到所有高壓MOS的三分之二。
600V里又分為三類:600V標準型,大約占整個市場的三分之一左右;600V高速開關型,占三分之一左右;600V高速trr型,大約在市場上占7%。
從應用上,標準型和高速開關型主要是用在電源變壓器上,高速trr產品主要應用在逆變上,600V之上有650V和800V的產品,主要在太陽能、電動汽車使用。再往上還有1200V和1500V的產品。
高壓MOS從構造上分為兩種,平面高壓MOS,和縱向縱溝槽型高壓MOS,也就是超級結MOSFET。
從2014年到2020年,MOS的整體需求量變化不大,但在需求結構上變化很大,平面MOS市場越來越變小,超級結MOSFET市場越來越大。
為什么會出現這樣的變化呢?原因在于,客戶在選擇產品時有兩個考量:性能和價格。性能上超級結MOS更節能;價格上第0代超級結MOS價格大約是平面MOS的接近2倍;第1代大約是1.5倍;現在超級結MOSFET已經進入第2代,將要與平面MOS的價格持平。
未來,超級結MOSFET還會推出第3代、第4代,芯片可以做的越來越小,比平面MOS來說價格有更大的優勢,性能也有更大的增強,這就決定了平面MOS的市場會越來越小。
在這里還要提到羅姆的一個特產品,HybridMOS。什么是HybridMOS呢?剛剛已經介紹了IGBT和MOSFET的區別,IGBT是在大功率情況下節能,MOSFET是在低功率情況下節能。這就出現了一個問題。比如空調在正常運轉的時候功率很低,也就1000W左右。但在剛啟動時,要瞬間制冷、瞬間制熱,會達到4000到6000W,中央空調會達到8000W。
同樣一個產品,在低功率的時候也想讓它節能,高功率的時候也想讓它節能。但又不可能一個產品中同時用IGBT和MOSFET,如果用MOSFET在低功率時是節能的,但是在瞬間開始進行加熱、制冷的時候又不是很節能。IGBT瞬間制冷,加熱是很節能,但是正常運轉的時候又很浪費能量,這是一個很煩惱的事情。
這個情況下,羅姆開發了HybridMOS。在低功率的時候我們采用了MOSFET的構造,在大功率的時候采用IGBT的優點。不管是瞬間制冷,瞬間制熱,還是正常運轉的時候,都使能量消耗更低。
由于同時擁有MOSFET構造,又擁有IGBT的特性,所以羅姆為該產品起名HybroidMOS,混合動力的意思。