5 tendances dans les semi-conducteurs discrets : Quoi de neuf et quoi ensuite

Les semi-conducteurs sont les héros méconnus du monde de la technologie. Ils travaillent dans l'ombre dans tout, des jouets et smartphones aux voitures et thermostats. Ils permettent également des technologies révolutionnaires telles que l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique.

Mais tous les semi-conducteurs ne sont pas créés égaux. Certains sont discrets, ce qui signifie qu'ils sont des dispositifs uniques qui exécutent des fonctions électroniques de base. D'autres sont intégrés, ce qui signifie qu'ils se composent de nombreux dispositifs sur une seule puce qui exécutent des fonctions complexes.

Les fonctions de base que les semi-conducteurs discrets exécutent incluent la rectification (diodes), l'amplification (transistors) et la commutation (transistors et thyristors). Les discrets ont typiquement deux ou trois terminaux. Ils peuvent sembler simples, mais ils sont essentiels pour de nombreuses applications nécessitant haute performance, faible consommation d'énergie et plus grande fonctionnalité. Ils offrent également plus de flexibilité et de personnalisation que les circuits intégrés (CI).

Le marché des semi-conducteurs discrets est en plein essor. Il est prévu de croître à un taux de croissance annuel composé (CAGR) de 6,3% de 2021 à 2027, atteignant 37 milliards de dollars d'ici 2027. La croissance du marché est entraînée par la demande croissante de semi-conducteurs discrets dans les applications industrielles, électroniques grand public, IT et télécom, automobile et autres.

Tendances façonnant l'avenir des semi-conducteurs discrets Dans cet article, nous explorerons cinq tendances principales qui façonnent l'avenir des semi-conducteurs discrets, et comment les ingénieurs électroniciens peuvent les exploiter dans leurs conceptions. Ces tendances sont l'intelligence artificielle (IA), les matériaux avancés, l'emballage avancé, les architectures novatrices et l'Internet des Objets (IoT). Plongeons-nous !

Intelligence Artificielle

L'IA nécessite des semi-conducteurs discrets qui sont intelligents, très efficaces et capables de gérer d'énormes quantités de données et de calculs. Les semi-conducteurs discrets atteignent cet objectif en utilisant des matériaux avancés et des architectures qui permettent des vitesses plus élevées, une consommation d'énergie plus faible et une plus grande fonctionnalité.

Par exemple, les capteurs intelligents peuvent traiter les données localement en utilisant des algorithmes d'IA et communiquer avec d'autres dispositifs ou le cloud, tandis que les dispositifs de calcul en périphérie peuvent effectuer des tâches d'IA à l'extrémité du réseau sans dépendre du cloud.

Matériaux Avancés

Les matériaux avancés – incluant le nitrure de gallium (GaN), le carbure de silicium (SiC) et l'électronique organique – possèdent des propriétés et performances supérieures par rapport aux matériaux conventionnels (à savoir, le silicium, le germanium et l'arséniure de gallium). Les matériaux avancés peuvent améliorer la performance et la fonctionnalité des semi-conducteurs discrets en améliorant l'efficacité, la fiabilité, la vitesse et la densité de puissance.

Par exemple, les composants fabriqués à partir de GaN et SiC peuvent supporter des tensions, températures et fréquences plus élevées que le silicium. Ils réduisent la taille, le poids et le coût des convertisseurs de puissance pour des applications telles que les véhicules électriques, l'énergie renouvelable et les centres de données.

L'électronique organique peut permettre des dispositifs optoélectroniques flexibles, légers et à faible coût tels que les diodes électroluminescentes organiques (OLED), les cellules solaires organiques et les lasers organiques. Ils offrent des avantages tels qu'une meilleure qualité de couleur, des angles de vision plus larges et une consommation d'énergie inférieure par rapport aux dispositifs optoélectroniques conventionnels.

Architectures Novatrices

Les architectures novatrices sont de nouvelles manières de concevoir et d'intégrer des semi-conducteurs discrets qui offrent une fonctionnalité et une performance supérieures par rapport aux architectures traditionnelles. Ces architectures incluent l'intégration tridimensionnelle (3D), les chiplets et les circuits intégrés monolithiques à micro-ondes (MMICs). Ces architectures peuvent réduire le coût, la taille et la complexité des semi-conducteurs discrets pour diverses applications.

L'intégration 3D est une technique qui empile plusieurs puces verticalement en utilisant des vias à travers le silicium (TSVs) ou d'autres interconnexions. Cette technique peut augmenter la densité, la vitesse et la fonctionnalité des semi-conducteurs discrets pour des applications de calcul haute performance (HPC) telles que l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique.

Les chiplets sont de petites puces qui peuvent être combinées sur un substrat ou un interposeur pour former une puce plus grande. Cette technique permet la conception modulaire et la personnalisation des semi-conducteurs discrets pour les applications 5G/6G. Les chiplets peuvent intégrer différentes fonctions RF (telles que les amplificateurs, les filtres, les commutateurs et les antennes) ainsi que différentes fonctions numériques (telles que les processeurs, la mémoire et les interfaces) sur un seul chiplet.

Les MMICs sont des circuits intégrés qui fonctionnent à des fréquences micro-ondes. Ils sont fabriqués en utilisant des matériaux semi-conducteurs composés tels que l'arséniure de gallium ou le nitrure de gallium. Ils offrent des performances et une fiabilité supérieures pour des applications aérospatiales telles que le radar, la navigation, la communication et la guerre électronique.

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Emballage Avancé

L'emballage avancé implique l'utilisation de méthodes et de matériaux novateurs pour encapsuler et interconnecter des semi-conducteurs discrets. Ces méthodes incluent le packaging au niveau de la tranche avec étalement du ventilateur (FOWLP), le réseau de billes au niveau de la tranche intégré (eWLB) et le via traversant le silicium (TSV). Ces techniques peuvent faciliter des semi-conducteurs discrets plus efficaces et fiables qui peuvent surmonter les limitations des méthodes d'emballage traditionnelles.

Le FOWLP intègre des semi-conducteurs discrets dans un composé de moulage et les connecte à une couche de redistribution (RDL) au niveau de la tranche. Cette technique permet des semi-conducteurs discrets plus compacts et intégrés pour des applications automobiles telles que les systèmes d'assistance à la conduite avancés (ADAS), l'infodivertissement et le groupe motopropulseur.

Le eWLB intègre des semi-conducteurs discrets dans une tranche reconfigurée et les connecte à une RDL au niveau de la tranche. Cette technique améliore la gestion thermique, la performance électrique et la robustesse mécanique en offrant une meilleure dissipation de la chaleur, des parasitiques plus faibles et une fiabilité plus élevée. Le eWLB permet des semi-conducteurs discrets plus flexibles et robustes pour des applications médicales telles que les dispositifs implantables, les biosenseurs et les appareils portables.

Le TSV est une technique qui crée des connexions électriques verticales à travers une tranche de silicium ou une puce. En permettant l'empilement 3D de puces de mémoire et de logique, le TSV peut augmenter la bande passante et la vitesse des semi-conducteurs discrets. Cela permet d'obtenir des semi-conducteurs discrets plus denses et de haute performance pour des applications industrielles telles que la robotique, l'automatisation et la vision machine.

L'Internet des Objets

Les composants discrets utilisés pour l'IoT doivent être petits, à faible consommation et capables de communiquer avec différentes technologies et protocoles, posant des défis uniques. Les semi-conducteurs discrets relèvent ces défis avec des composants de haute performance, à faible coût, très fiables et à fonctionnalités diverses. Par exemple, les diodes offrent une protection contre les pics de tension et les transitoires, les transistors agissent comme des interrupteurs et des amplificateurs pour contrôler et réguler la puissance, les thyristors offrent une protection contre les surintensités, et les LEDs fournissent un retour visuel.

Restez en avance sur la courbe

En offrant plus de flexibilité et de personnalisation que les circuits intégrés, les semi-conducteurs discrets permettent des avancées technologiques. Pour rester en avance sur la courbe, les ingénieurs et concepteurs électroniques doivent se tenir informés des derniers développements et innovations dans la conception et la fabrication de semi-conducteurs discrets. Ils doivent également tirer parti des avantages de nouveaux matériaux, architectures et techniques d'encapsulation pour optimiser leurs solutions à semi-conducteurs discrets pour différents cas d'utilisation et marchés.