5 tendencias en semiconductores discretos: Lo nuevo y lo que viene

Los semiconductores son los héroes anónimos del mundo tecnológico. Trabajan entre bastidores en todo, desde juguetes y teléfonos inteligentes hasta automóviles y termostatos. También habilitan tecnologías revolucionarias como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático.

Pero no todos los semiconductores son creados iguales. Algunos son discretos, lo que significa que son dispositivos individuales que realizan funciones electrónicas básicas. Otros son integrados, lo que significa que consisten en muchos dispositivos en un solo chip que realizan funciones complejas.

Las funciones básicas que los semiconductores discretos realizan incluyen rectificación (diodos), amplificación (transistores) y conmutación (transistores y tiristores). Los dispositivos discretos típicamente tienen dos o tres terminales. Pueden parecer simples, pero son esenciales para muchas aplicaciones que requieren alto rendimiento, bajo consumo de energía y mayor funcionalidad. También ofrecen más flexibilidad y personalización que los circuitos integrados (CI).

El mercado de semiconductores discretos está en auge. Se espera que crezca a una tasa compuesta anual (CAGR) del 6.3% de 2021 a 2027, alcanzando los $37 mil millones para 2027. El crecimiento del mercado está impulsado por la creciente demanda de semiconductores discretos en aplicaciones industriales, electrónica de consumo, TI y telecomunicaciones, automotriz y otras aplicaciones.

Tendencias que están dando forma al futuro de los semiconductores discretos En este artículo exploraremos cinco tendencias principales que están dando forma al futuro de los semiconductores discretos, y cómo los ingenieros electrónicos pueden aprovecharlas en sus diseños. Estas tendencias son inteligencia artificial (IA), materiales avanzados, empaquetado avanzado, arquitecturas novedosas y el Internet de las Cosas (IoT). ¡Vamos a sumergirnos!

Inteligencia Artificial

La IA requiere semiconductores discretos que sean inteligentes, muy eficientes y capaces de manejar enormes cantidades de datos y cálculos. Los semiconductores discretos logran esto mediante el uso de materiales avanzados y arquitecturas que permiten mayores velocidades, menor consumo de energía y mayor funcionalidad.

Por ejemplo, los sensores inteligentes pueden procesar datos localmente usando algoritmos de IA y comunicarse con otros dispositivos o con la nube, mientras que los dispositivos de computación en el borde pueden realizar tareas de IA en el extremo de la red sin depender de la nube.

Materiales Avanzados

Los materiales avanzados, incluyendo el nitruro de galio (GaN), el carburo de silicio (SiC) y la electrónica orgánica, tienen propiedades y rendimiento superiores en comparación con los materiales convencionales (a saber, silicio, germanio y arseniuro de galio). Los materiales avanzados pueden mejorar el rendimiento y la funcionalidad de los semiconductores discretos al mejorar la eficiencia, fiabilidad, velocidad y densidad de potencia.

Por ejemplo, los componentes hechos de GaN y SiC pueden soportar voltajes, temperaturas y frecuencias más altas que el silicio. Reducen el tamaño, peso y costo de los convertidores de potencia para aplicaciones como vehículos eléctricos, energía renovable y centros de datos.

La electrónica orgánica puede habilitar dispositivos optoelectrónicos flexibles, ligeros y de bajo costo como diodos emisores de luz orgánicos (OLEDs), células solares orgánicas y láseres orgánicos. Ofrecen ventajas como mejor calidad de color, ángulos de visión más amplios y menor consumo de energía en comparación con los dispositivos optoelectrónicos convencionales.

Arquitecturas Novedosas

Las arquitecturas novedosas son nuevas formas de diseñar e integrar semiconductores discretos que ofrecen mayor funcionalidad y rendimiento que las arquitecturas tradicionales. Estas arquitecturas incluyen la integración tridimensional (3D), chiplets y circuitos integrados monolíticos de microondas (MMICs). Estas arquitecturas pueden reducir el costo, tamaño y complejidad de los semiconductores discretos para diversas aplicaciones.

La integración 3D es una técnica que apila múltiples chips verticalmente usando vías a través de silicio (TSVs) u otros interconectores. Esta técnica puede aumentar la densidad, velocidad y funcionalidad de los semiconductores discretos para aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC) como inteligencia artificial y aprendizaje automático.

Los chiplets son pequeños chips que se pueden combinar en un sustrato o un interposer para formar un chip más grande. Esta técnica permite el diseño modular y la personalización de semiconductores discretos para aplicaciones 5G/6G. Los chiplets pueden integrar diferentes funciones de RF (como amplificadores, filtros, interruptores y antenas) así como diferentes funciones digitales (como procesadores, memoria e interfaces) en un solo chiplet.

Los MMICs son circuitos integrados que operan en frecuencias de microondas. Se fabrican utilizando materiales semiconductores compuestos como el arseniuro de galio o el nitruro de galio. Ofrecen un rendimiento y fiabilidad superiores para aplicaciones aeroespaciales como radar, navegación, comunicación y guerra electrónica.

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Empaquetado Avanzado

El empaquetado avanzado implica el uso de métodos y materiales novedosos para encapsular e interconectar semiconductores discretos. Estos métodos incluyen el empaquetado a nivel de oblea con ventilación externa (FOWLP), la matriz de bolas a nivel de oblea incrustada (eWLB) y el paso a través de vía de silicio (TSV). Estas técnicas pueden facilitar semiconductores discretos más eficientes y fiables que pueden superar las limitaciones de los métodos de empaquetado tradicionales.

FOWLP incrusta semiconductores discretos en un compuesto moldeado y los conecta a una capa de redistribución (RDL) a nivel de oblea. Esta técnica permite semiconductores discretos más compactos e integrados para aplicaciones automotrices como sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), infotenimiento y tren motriz.

eWLB incrusta semiconductores discretos en una oblea reconfigurada y los conecta a una RDL a nivel de oblea. Esta técnica mejora la gestión térmica, el rendimiento eléctrico y la robustez mecánica al proporcionar una mejor disipación del calor, menores parásitos y mayor fiabilidad. eWLB permite semiconductores discretos más flexibles y robustos para aplicaciones médicas como dispositivos implantables, biosensores y dispositivos portátiles.

TSV es una técnica que crea conexiones eléctricas verticales a través de una oblea o dado de silicio. Al permitir el apilamiento en 3D de chips de memoria y lógica, TSV puede aumentar el ancho de banda y la velocidad de los semiconductores discretos. Esto permite semiconductores discretos más densos y de mayor rendimiento para aplicaciones industriales como robótica, automatización y visión artificial.

El Internet de las Cosas

Los componentes discretos utilizados para IoT necesitan ser pequeños, de bajo consumo y capaces de comunicarse con diferentes tecnologías y protocolos, lo que plantea desafíos únicos. Los semiconductores discretos cumplen con estos desafíos con componentes de alto rendimiento, bajo costo, alta fiabilidad y diversa funcionalidad. Por ejemplo, diodos proporcionan protección contra picos de voltaje y transitorios, transistores actúan como interruptores y amplificadores para controlar y regular la potencia, tiristores proporcionan protección contra sobrecorriente, y LEDs proporcionan retroalimentación visual.

Mantente a la vanguardia

Al ofrecer más flexibilidad y personalización que los circuitos integrados, los semiconductores discretos están habilitando tecnologías revolucionarias. Para mantenerse a la vanguardia, los ingenieros y diseñadores electrónicos necesitan estar al tanto de los últimos desarrollos e innovaciones en diseño y fabricación de semiconductores discretos. También necesitan aprovechar las ventajas de nuevos materiales, arquitecturas y técnicas de empaquetado para optimizar sus soluciones de semiconductores discretos para diferentes casos de uso y mercados.