国星光电:氮化镓SIP封装引领驱动电源发展

作者 | 发布日期 2023 年 06 月 26 日 17:40 | 分类 氮化镓GaN

随着半导体工艺的进一步发展,先进封装成为了下一阶段半导体技术的重要发展方向。其中,SIP(System in Package)系统级封装技术因可帮助芯片成品增加集成度、减小体积并降低功耗,成为了半导体封装的关键方案之一。

同时,以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体则因高频、高能效、耐高压、耐高温、抗辐射等优越性能特点,成为了时下最热门的半导体材料,驱动着新能源汽车、智能电网、新型显示等领域的变革。

作为关键的半导体先进封装技术,以及性能更为优越的半导体材料,SIP与氮化镓的结合又将为半导体下游应用带来怎样的变化?

在2023集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会上,国星光电研究院三代半研发总监成年斌就氮化镓的SIP封装及应用进行了解析与展望,分享了氮化镓的SIP封装技术如何更好地服务LED客户的同时,为公司的半导体封装业务开辟更多可能。

国星光电研究院三代半研发总监 成年斌

SIP系统级封装成半导体行业大趋势

从芯片的封装发展趋势来看,下游各类应用对于集成电路芯片的功能、能耗及体积需求不断提高,驱使芯片封装不断地往更小尺寸、更多功能、更轻、更薄、更快、更可靠、更小延迟的方向发展,从过往的TO封装到DIP封装,再到PGA、BGA、QFP封装形式,芯片封装的引脚、封装系统化集成的器件不断增多,封装重量与尺寸不断缩小。
顺应芯片封装的发展趋势,SIP技术由此诞生。通过将多个裸片及无源器件整合在单个封装体内形成系统或子系统,SIP成为了能够实现一定功能的集成电路封装技术。然而SIP封装技术较为复杂,并非简单的芯片与引线框架或基板的连接。

成年斌表示,SIP封装涉及一系列的工艺和技术支持,包括性能、功率密度、功耗、成本等,技术层面还需考虑电磁场,电、热结构应力,装备工艺能力,材料特性等,各项融合才能制造出SIP封装产品,这对企业的封测能力与经验提出较高要求。

在科技快速进步的今天,复杂且全能的SIP封装技术已应用于各大生活与生产场景,包括消费电子、无线电子、医疗电子、云计算、工业控制、汽车电子领域等。展望未来,SIP封装应用将继续扩大,更多不同领域的芯片将朝SIP的方向发展,SIP封装行业市场规模将会成几何倍数增长。

在SIP这成长空间庞大的半导体封装市场里,具有丰富LED封装经验的国星光电正通过SIP封装与氮化镓的结合,为下游LED等各领域客户带来更优质的驱动电源方案,不断扩大公司在第三代半导体赛道的产品布局。

国星迎难而上,开发丰富氮化镓SIP产品

成年斌介绍,目前在SIP封装方面,国星光电主要的研究方向是制造生产具备特定功能的氮化镓开关器件,由于氮化镓功率器件本质是一个开关管,若要实现特定的功能离不开对氮化镓开关管的控制,而控制行为在电路中属于逻辑部分,因而将逻辑电路和功率电路进行SIP封装具备高难度的挑战。
其中包含了两大技术难点,首先是热均匀性问题,逻辑端和电路功率端相合封时,功率端发出的热量,逻辑端能否承受?热应力变化如何?多项热量不均产生的器件缺陷问题都需要被考量。

另一方面是电磁干扰问题,逻辑端是由低电压控制,而功率端需高电压控制,在较小的器件空间里将会产生电磁干扰的问题,氮化镓SIP器件能否正常工作。因此,氮化镓SIP封装并非简单的各类器件结合,二是需要考虑并解决上述相关的诸多问题。

氮化镓SIP封装器件制造复杂,相关产品更加是少之又少。对于这尚未被挖掘的新兴领域,国星光电迎难而上,通过在LED封装领域的多年经验与优势和在第三代半导体的潜心研究,成为了少数拥有丰富氮化镓SIP封装产品的企业。

目前,国星光电已开发出多款基于SIP封装的氮化镓IC产品,并配套开发出相应的氮化镓驱动方案,可在LED照明驱动电源、LED显示器驱动电源、墙体插座快充、移动排插快充等领域得以应用。

其中,驱动器+氮化镓产品在墙插快充产品上得以应用,具备尺寸小、功率密度高的优势,输出功率达到了35W,达到行业领先水平。系列产品还可以应用于120W、200W磁吸灯和橱柜灯等驱动应用场景;

应用于LED调光的AC/DC氮化镓可控硅调光LED驱动芯片,其简化了开关电路,通过内置MCU芯片,可实现LED亮度从1%到100%的调节;另外,还有一款可双路调光调色的氮化镓控制IC,以电力载波的形式实现通信传输,产品同样将MCU芯片与氮化镓电路相结合。

成年斌表示,国星光电正在面向LED应用下游,推动氮化镓驱动方案的发展,从简单的氮化镓单管,到合封驱动产品,再到做氮化镓SIP封装以及功能多样化的氮化镓芯片,国星光电正在打造出全新电源管理IC技术路线。未来,在公司强大研发团队的支撑下,国星光电将持续发展氮化镓SIP封装产品,推动LED驱动成为PD快充之后又一快速成长的氮化镓应用市场。

国星立足LED封装,重点培育第三代半导体

如今,国星光电依托优异的LED封装品质口碑,正在重点培育新的第三代半导体产品,以促进企业多元化发展。
凭借丰富的封装技术专利与强大科研团队,国星光电持续孵化第三代半导体产业化项目中。除氮化镓SIP封装产品外,国星光电还形成了碳化硅分立器件、碳化硅功率模块、氮化镓电源方案等一系列碳化硅/氮化镓功率器件及应用方案。

在半导体封测层面,国星光电已形成完整封测产线,可生产SOD/SOT系列、SOP系列、DFN/QFN系列、TO系列等封装产品,支撑半导体封测业务高品质、稳定、多样化发展。

展望未来,国星光电在做精做专LED照明、显示封装业务的同时,将做强第三代化合物半导体及功率IC封测业务,期望通过8-10年时间的沉淀,成为化合物半导体封测龙头。(文:化合物半导体市场 Irving)

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