5 Trends bei diskreten Halbleitern: Was ist neu und was kommt als Nächstes

Halbleiter sind die unbesungenen Helden der Technologiewelt. Sie arbeiten hinter den Kulissen in allem, von Spielzeugen und Smartphones bis hin zu Autos und Thermostaten. Sie ermöglichen auch bahnbrechende Technologien wie künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen.

Aber nicht alle Halbleiter sind gleich geschaffen. Einige sind diskret, was bedeutet, dass sie einzelne Geräte sind, die grundlegende elektronische Funktionen ausführen. Andere sind integriert, was bedeutet, dass sie aus vielen Geräten auf einem einzigen Chip bestehen, die komplexe Funktionen ausführen.

Die grundlegenden Funktionen, die diskrete Halbleiter ausführen, umfassen Gleichrichtung (Dioden), Verstärkung (Transistoren) und Schaltung (Transistoren und Thyristoren). Diskrete Halbleiter haben typischerweise zwei oder drei Anschlüsse. Sie mögen einfach erscheinen, sind aber für viele Anwendungen, die hohe Leistung, geringen Stromverbrauch und größere Funktionalität erfordern, unerlässlich. Sie bieten auch mehr Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten als integrierte Schaltkreise (ICs).

Der Markt für diskrete Halbleiter boomt. Es wird erwartet, dass er von 2021 bis 2027 mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6,3% wächst und bis 2027 37 Milliarden Dollar erreicht. Das Marktwachstum wird durch die steigende Nachfrage nach diskreten Halbleitern in industriellen, Unterhaltungselektronik-, IT- und Telekommunikations-, Automobil- und anderen Anwendungen angetrieben.

Trends, die die Zukunft der diskreten Halbleiter gestalten In diesem Artikel werden wir fünf Top-Trends erkunden, die die Zukunft der diskreten Halbleiter gestalten, und wie Elektronikingenieure sie in ihren Entwürfen nutzen können. Diese Trends sind künstliche Intelligenz (KI), fortschrittliche Materialien, fortschrittliche Verpackung, neuartige Architekturen und das Internet der Dinge (IoT). Lassen Sie uns eintauchen!

Künstliche Intelligenz

KI erfordert diskrete Halbleiter, die intelligent, sehr effizient und in der Lage sind, massive Datenmengen und Berechnungen zu bewältigen. Diskrete Halbleiter erreichen dies durch die Verwendung fortschrittlicher Materialien und Architekturen, die höhere Geschwindigkeiten, geringeren Stromverbrauch und größere Funktionalität ermöglichen.

Zum Beispiel können intelligente Sensoren Daten lokal mit Hilfe von KI-Algorithmen verarbeiten und mit anderen Geräten oder der Cloud kommunizieren, während Edge-Computing-Geräte KI-Aufgaben am Rand des Netzwerks ausführen können, ohne auf die Cloud angewiesen zu sein.

Fortgeschrittene Materialien

Fortgeschrittene Materialien – einschließlich Galliumnitrid (GaN), Siliziumkarbid (SiC) und organischer Elektronik – besitzen überlegene Eigenschaften und Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Materialien (nämlich Silizium, Germanium und Galliumarsenid). Fortgeschrittene Materialien können die Leistung und Funktionalität diskreter Halbleiter verbessern, indem sie Effizienz, Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Leistungsdichte steigern.

Zum Beispiel können Komponenten aus GaN und SiC höhere Spannungen, Temperaturen und Frequenzen als Silizium aushalten. Sie reduzieren die Größe, das Gewicht und die Kosten von Stromwandlern für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, erneuerbare Energien und Rechenzentren.

Organische Elektronik kann flexible, leichte und kostengünstige optoelektronische Geräte wie organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Solarzellen und organische Laser ermöglichen. Sie bieten Vorteile wie bessere Farbqualität, breitere Betrachtungswinkel und geringeren Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen optoelektronischen Geräten.

Neuartige Architekturen

Neuartige Architekturen sind neue Wege, diskrete Halbleiter zu entwerfen und zu integrieren, die höhere Funktionalität und Leistung als traditionelle Architekturen bieten. Diese Architekturen umfassen dreidimensionale (3D) Integration, Chiplets und monolithische Mikrowellenintegrierte Schaltkreise (MMICs). Diese Architekturen können die Kosten, Größe und Komplexität diskreter Halbleiter für verschiedene Anwendungen reduzieren.

Die 3D-Integration ist eine Technik, die mehrere Chips vertikal stapelt, indem sie Durch-Silizium-Vias (TSVs) oder andere Verbindungen verwendet. Diese Technik kann die Dichte, Geschwindigkeit und Funktionalität diskreter Halbleiter für Anwendungen im Bereich des Hochleistungsrechnens (HPC) wie künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen erhöhen.

Chiplets sind kleine Chips, die auf einem Substrat oder einem Interposer kombiniert werden können, um einen größeren Chip zu bilden. Diese Technik ermöglicht ein modulares Design und die Anpassung diskreter Halbleiter für 5G/6G-Anwendungen. Chiplets können verschiedene HF-Funktionen (wie Verstärker, Filter, Schalter und Antennen) sowie verschiedene digitale Funktionen (wie Prozessoren, Speicher und Schnittstellen) auf einem einzigen Chiplet integrieren.

MMICs sind integrierte Schaltkreise, die bei Mikrowellenfrequenzen arbeiten. Sie werden unter Verwendung von Verbindungshalbleitermaterialien wie Galliumarsenid oder Galliumnitrid hergestellt. Sie bieten höhere Leistung und Zuverlässigkeit für Luft- und Raumfahrtanwendungen wie Radar, Navigation, Kommunikation und elektronische Kriegsführung.

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Fortgeschrittene Verpackung

Fortgeschrittene Verpackung beinhaltet die Verwendung von neuartigen Methoden und Materialien, um diskrete Halbleiter zu kapseln und zu verbinden. Diese Methoden umfassen Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP), Embedded Wafer-Level Ball Grid Array (eWLB) und Through-Silicon Via (TSV). Diese Techniken können effizientere und zuverlässigere diskrete Halbleiter ermöglichen, die die Einschränkungen traditioneller Verpackungsmethoden überwinden.

FOWLP bettet diskrete Halbleiter in eine Formmasse ein und verbindet sie auf Wafer-Ebene mit einer Redistributionsschicht (RDL). Diese Technik ermöglicht kompaktere und integriertere diskrete Halbleiter für Automobilanwendungen wie fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainment und Antriebsstrang.

eWLB bettet diskrete Halbleiter in einen umkonfigurierten Wafer ein und verbindet sie auf Wafer-Ebene mit einer RDL. Diese Technik verbessert das thermische Management, die elektrische Leistung und die mechanische Robustheit, indem sie eine bessere Wärmeableitung, niedrigere parasitäre Effekte und höhere Zuverlässigkeit bietet. eWLB ermöglicht flexiblere und robustere diskrete Halbleiter für medizinische Anwendungen wie implantierbare Geräte, Biosensoren und Wearables.

TSV ist eine Technik, die vertikale elektrische Verbindungen durch einen Siliziumwafer oder -chip erstellt. Durch die Ermöglichung des 3D-Stackings von Speicher- und Logikchips kann TSV die Bandbreite und Geschwindigkeit diskreter Halbleiter erhöhen. Dies ermöglicht dichtere, leistungsfähigere diskrete Halbleiter für industrielle Anwendungen wie Robotik, Automatisierung und Bildverarbeitung.

Das Internet der Dinge

Diskrete Komponenten, die für IoT verwendet werden, müssen klein, energieeffizient und in der Lage sein, mit verschiedenen Technologien und Protokollen zu kommunizieren, was einzigartige Herausforderungen darstellt. Diskrete Halbleiter begegnen diesen Herausforderungen mit hoher Leistung, niedrigen Kosten, hoher Zuverlässigkeit und vielfältiger Funktionalität. Zum Beispiel bieten Dioden Schutz gegen Spannungsspitzen und Transienten, Transistoren fungieren als Schalter und Verstärker zur Steuerung und Regulierung der Leistung, Thyristoren bieten Überstromschutz und LEDs bieten visuelles Feedback.

Bleiben Sie der Zeit voraus

Durch das Angebot an mehr Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten als integrierte Schaltkreise ermöglichen diskrete Halbleiter bahnbrechende Technologien. Um der Zeit voraus zu sein, müssen Elektronikingenieure und -designer auf dem neuesten Stand der Entwicklungen und Innovationen im Design und in der Herstellung diskreter Halbleiter bleiben. Sie müssen auch die Vorteile neuer Materialien, Architekturen und Verpackungstechniken nutzen, um ihre diskreten Halbleiterlösungen für verschiedene Anwendungsfälle und Märkte zu optimieren.