封裝在醫(yī)療電子產(chǎn)品和工廠自動化中的應(yīng)用

借助我們在封裝、產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)和制造方面的獨特研發(fā)專業(yè)知識組合，我們的客戶能夠通過更小、集成度更高的芯片來實現(xiàn)產(chǎn)品差異化，從而提高可靠性、增強性能并使電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實惠。

在從醫(yī)療電子產(chǎn)品到工廠自動化的各種應(yīng)用中，對半導(dǎo)體封裝這一日益重要的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新有助于生產(chǎn)出更小、更快和更可靠芯片，從而提高性能、實現(xiàn)更高的功效和更低的成本。

“封裝是連接電子電路與現(xiàn)實世界的橋梁，”公司封裝組研發(fā)總監(jiān) Anindya Poddar 介紹?！盁o論您是觀看平板電視、戴著智能耳塞聽音樂、領(lǐng)略自動化工廠中機器的高效還是操控自動駕駛車輛，所有這些都是通過封裝的小型化和集成實現(xiàn)的?！?/p>

半導(dǎo)體封裝將許多數(shù)字電路整合到一起并將它們連接到電路板，從而與其他系統(tǒng)組件交互。封裝類型有上千種。

電子產(chǎn)品無處不在，而且機械系統(tǒng)越來越多地被電子產(chǎn)品所取代。

“每種類型的電子設(shè)備都有不同的需求，”從事封裝技術(shù)工作的 TI 員工 Sreenivasan Koduri 說道。“外太空對使用芯片的要求與工廠機器人、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、手機、洗碗機或電動汽車不同，一種芯片尺寸并非適用于全部使用場景。”

設(shè)計、開發(fā)和制造不同類型的封裝在創(chuàng)新方面需要具備一系列獨特功能。

我們公司在封裝、產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)和制造方面的內(nèi)部研發(fā)專業(yè)知識為優(yōu)化封裝技術(shù)提供了獨特的優(yōu)勢。

小型化

在 1958 年 Jack Kilby 發(fā)明集成電路之前，電子產(chǎn)品封裝在玻璃或金屬管中，因為這些材料可以承受電路產(chǎn)生的高熱量。在 Jack 取得突破性進(jìn)展后的幾十年里，半導(dǎo)體變得無處不在，因為每一代半導(dǎo)體器件都變得更加實惠，從而廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域。但由于當(dāng)時人們注重電路功能，之后人們才開始使用塑料來封裝集成電路。

現(xiàn)在情況變了。封裝可以帶來很多好處，因此作為半導(dǎo)體的微分電路變得日益重要。在初始設(shè)計階段就要決定采用何種封裝，來確保器件滿足設(shè)計工程師的尺寸、功率密度、性能和可靠性需求。

如今，設(shè)計人員尋求能夠處理更高功率，同時仍能保護(hù)其精密電路的更小封裝。一些業(yè)界超小的集成電路正在幫助工程師打造越來越小的設(shè)計，例如用于患者監(jiān)測應(yīng)用的微型可穿戴電子設(shè)備、用于語音系統(tǒng)的微型麥克風(fēng)，以及由超小型溫度傳感器提供支持的微型耳塞。

典型的封裝包括集成電路芯片和將其連接到引腳的導(dǎo)線，引腳將封裝連接到印刷電路板。

如今，我們提供不足一平方毫米的業(yè)界超小型運算放大器以及超小的數(shù)字溫度傳感器、以太網(wǎng) PHY 收發(fā)器和隔離式 CAN 收發(fā)器等等。我們公司的封裝創(chuàng)新可實現(xiàn)比一粒胡椒還小的集成電路。我們的微型產(chǎn)品能夠讓設(shè)計人員在不犧牲性能和可靠性的情況下，減小整體解決方案的尺寸（通常也能降低成本），或在相同的空間內(nèi)提供更多功能。

“小型化帶來的挑戰(zhàn)是如何在更小的空間內(nèi)增加功率密度，”Anindya 說?！胺庋b對于符合更高的熱性能要求至關(guān)重要，這樣我們客戶的產(chǎn)品就可以安全、可靠地重復(fù)用于各種電子產(chǎn)品?！?/p>

集成

將多個芯片以及電感器、電容器、隔離柵和傳感器等元件封裝在單個封裝中，可以縮小整體元件尺寸、降低系統(tǒng)成本、提高電路速度和效率以及提高系統(tǒng)可靠性。

“集成這些器件可以讓設(shè)計人員實現(xiàn)更多功能，而這些功能在單電路封裝中無法實現(xiàn)，”Sreenivasan 提到，“通過封裝實現(xiàn)集成開啟了一個全新世界?！?/p>

例如，在汽車市場中為電動汽車板載充電系統(tǒng)供電、符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)界先進(jìn)氮化鎵 （GaN） 器件集成了硅基 GaN 場效應(yīng)晶體管 （FET） 和可快速開關(guān)的硅柵極驅(qū)動器，支持客戶將開關(guān)、控制器和保護(hù)技術(shù)輕松集成到采用熱增強封裝的單個芯片上，使得該解決方案能夠承受更高的電壓。我們公司的硅基 GaN 基板利用處理能力提供優(yōu)于碳化硅等類似基板材料的成本優(yōu)勢。

為了幫助設(shè)計工程師支持工業(yè)通信應(yīng)用中越來越多的電源域，我們公司的四通道數(shù)字隔離器集成了芯片級變壓器，在單個小型封裝中實現(xiàn)信號和電源隔離。與分立信號和電源隔離解決方案相比，除了將布板空間減少 30% 之外，這種集成水平還提高了系統(tǒng)性能并通過行業(yè)低輻射簡化了系統(tǒng)認(rèn)證，這對于惡劣工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用至關(guān)重要。

我們新推出的毫米波技術(shù)將天線直接集成到封裝中，從而降低了開發(fā)成本，并實現(xiàn)超小尺寸，能夠在更多位置（例如門把手）靈活放置傳感器。我們的毫米波創(chuàng)新提供了片上系統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)，可實現(xiàn)車輛周圍 3D 物體檢測、車內(nèi)乘員檢測，并為各種汽車帶來安全功能。

改進(jìn)的規(guī)格

隨著芯片封裝重要性的增加，芯片設(shè)計和封裝設(shè)計之間的界限已不復(fù)存在，曾經(jīng)這是兩個截然不同的過程。

“封裝曾經(jīng)是實現(xiàn)電路的無源器件，但隨著時間的推移，它的作用已經(jīng)發(fā)生了變化，”Sreenivasan 說。“現(xiàn)在，在許多情況下，封裝不僅是支持、封裝和保護(hù)晶粒，而且本身也具有功能性。封裝正在改進(jìn)器件的規(guī)格?！?/p>

微型集成封裝將繼續(xù)改善我們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。

“封裝將更多功能放入更小的空間，并為使用我們產(chǎn)品的用戶提供更多價值，”Anindya 說?！凹珊托⌒突B同卓越制造能力創(chuàng)造了創(chuàng)新機會，同時讓電子產(chǎn)品對每個人都更經(jīng)濟(jì)實惠?！?/p>

我們熱衷于讓世界更美好

幫助客戶設(shè)計和生產(chǎn)更小巧、更快、更可靠的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)高性能、更高的功效和更低的成本，是 TI 革新者致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本、讓世界更美好的明證。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實惠，開拓新市場可實現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在 TI，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來以至現(xiàn)在一直在做的事。

審核編輯：郭婷