隨著半導體工藝的進一步發(fā)展，先進封裝成為了下一階段半導體技術的重要發(fā)展方向。其中，SIP（System in Package）系統(tǒng)級封裝技術因可幫助芯片成品增加集成度、減小體積并降低功耗，成為了半導體封裝的關鍵方案之一。
同時，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體則因高頻、高能效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)越性能特點，成為了時下最熱門的半導體材料，驅動著新能源汽車、智能電網、新型顯示等領域的變革。
作為關鍵的半導體先進封裝技術，以及性能更為優(yōu)越的半導體材料，SIP與氮化鎵的結合又將為半導體下游應用帶來怎樣的變化？
在2023集邦咨詢第三代半導體前沿趨勢研討會上，國星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān)成年斌就氮化鎵的SIP封裝及應用進行了解析與展望，分享了氮化鎵的SIP封裝技術如何更好地服務LED客戶的同時，為公司的半導體封裝業(yè)務開辟更多可能。
國星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān) 成年斌
SIP系統(tǒng)級封裝成半導體行業(yè)大趨勢
從芯片的封裝發(fā)展趨勢來看，下游各類應用對于集成電路芯片的功能、能耗及體積需求不斷提高，驅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。
順應芯片封裝的發(fā)展趨勢，SIP技術由此誕生。通過將多個裸片及無源器件整合在單個封裝體內形成系統(tǒng)或子系統(tǒng)，SIP成為了能夠實現(xiàn)一定功能的集成電路封裝技術。然而SIP封裝技術較為復雜，并非簡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支持，包括性能、功率密度、功耗、成本等，技術層面還需考慮電磁場，電、熱結構應力，裝備工藝能力，材料特性等，各項融合才能制造出SIP封裝產品，這對企業(yè)的封測能力與經驗提出較高要求。
在科技快速進步的今天，復雜且全能的SIP封裝技術已應用于各大生活與生產場景，包括消費電子、無線電子、醫(yī)療電子、云計算、工業(yè)控制、汽車電子領域等。展望未來，SIP封裝應用將繼續(xù)擴大，更多不同領域的芯片將朝SIP的方向發(fā)展，SIP封裝行業(yè)市場規(guī)模將會成幾何倍數(shù)增長。
在SIP這成長空間龐大的半導體封裝市場里，具有豐富LED封裝經驗的國星光電正通過SIP封裝與氮化鎵的結合，為下游LED等各領域客戶帶來更優(yōu)質的驅動電源方案，不斷擴大公司在第三代半導體賽道的產品布局。
國星迎難而上，開發(fā)豐富氮化鎵SIP產品
成年斌介紹，目前在SIP封裝方面，國星光電主要的研究方向是制造生產具備特定功能的氮化鎵開關器件，由于氮化鎵功率器件本質是一個開關管，若要實現(xiàn)特定的功能離不開對氮化鎵開關管的控制，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行SIP封裝具備高難度的挑戰(zhàn)。
其中包含了兩大技術難點，首先是熱均勻性問題，邏輯端和電路功率端相合封時，功率端發(fā)出的熱量，邏輯端能否承受？熱應力變化如何？多項熱量不均產生的器件缺陷問題都需要被考量。
另一方面是電磁干擾問題，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產生電磁干擾的問題，氮化鎵SIP器件能否正常工作。因此，氮化鎵SIP封裝并非簡單的各類器件結合，二是需要考慮并解決上述相關的諸多問題。
氮化鎵SIP封裝器件制造復雜，相關產品更加是少之又少。對于這尚未被挖掘的新興領域，國星光電迎難而上，通過在LED封裝領域的多年經驗與優(yōu)勢和在第三代半導體的潛心研究，成為了少數(shù)擁有豐富氮化鎵SIP封裝產品的企業(yè)。
目前，國星光電已開發(fā)出多款基于SIP封裝的氮化鎵IC產品，并配套開發(fā)出相應的氮化鎵驅動方案，可在LED照明驅動電源、LED顯示器驅動電源、墻體插座快充、移動排插快充等領域得以應用。
其中，驅動器+氮化鎵產品在墻插快充產品上得以應用，具備尺寸小、功率密度高的優(yōu)勢，輸出功率達到了35W，達到行業(yè)領先水平。系列產品還可以應用于120W、200W磁吸燈和櫥柜燈等驅動應用場景；
應用于LED調光的AC/DC氮化鎵可控硅調光LED驅動芯片，其簡化了開關電路，通過內置MCU芯片，可實現(xiàn)LED亮度從1%到100%的調節(jié)；另外，還有一款可雙路調光調色的氮化鎵控制IC，以電力載波的形式實現(xiàn)通信傳輸，產品同樣將MCU芯片與氮化鎵電路相結合。
成年斌表示，國星光電正在面向LED應用下游，推動氮化鎵驅動方案的發(fā)展，從簡單的氮化鎵單管，到合封驅動產品，再到做氮化鎵SIP封裝以及功能多樣化的氮化鎵芯片，國星光電正在打造出全新電源管理IC技術路線。未來，在公司強大研發(fā)團隊的支撐下，國星光電將持續(xù)發(fā)展氮化鎵SIP封裝產品，推動LED驅動成為PD快充之后又一快速成長的氮化鎵應用市場。
國星立足LED封裝，重點培育第三代半導體
如今，國星光電依托優(yōu)異的LED封裝品質口碑，正在重點培育新的第三代半導體產品，以促進企業(yè)多元化發(fā)展。
憑借豐富的封裝技術專利與強大科研團隊，國星光電持續(xù)孵化第三代半導體產業(yè)化項目中。除氮化鎵SIP封裝產品外，國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用方案。
在半導體封測層面，國星光電已形成完整封測產線，可生產SOD/SOT系列、SOP系列、DFN/QFN系列、TO系列等封裝產品，支撐半導體封測業(yè)務高品質、穩(wěn)定、多樣化發(fā)展。
展望未來，國星光電在做精做專LED照明、顯示封裝業(yè)務的同時，將做強第三代化合物半導體及功率IC封測業(yè)務，期望通過8-10年時間的沉淀，成為化合物半導體封測龍頭。（文：集邦化合物半導體 Irving）
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