5가지 이산 반도체 트렌드: 새로운 것과 다가오는 것

반도체는 기술 세계의 노래되지 않는 영웅들입니다. 장난감, 스마트폰, 자동차, 온도 조절기에 이르기까지 모든 것의 뒤에서 작동합니다. 또한 인공 지능과 기계 학습과 같은 혁신적인 기술을 가능하게 합니다.

하지만 모든 반도체가 같은 방식으로 만들어지는 것은 아닙니다. 일부는 이산적이어서 기본적인 전자 기능을 수행하는 단일 장치입니다. 다른 것들은 통합되어 있어서 복잡한 기능을 수행하는 단일 칩에 많은 장치가 있습니다.

이산 반도체가 수행하는 기본 기능에는 정류(다이오드), 증폭(트랜지스터) 및 스위칭(트랜지스터 및 싸이리스터)이 포함됩니다. 이산 반도체는 일반적으로 두 개 또는 세 개의 단자를 가지고 있습니다. 간단해 보일 수 있지만, 고성능, 저전력 소비 및 더 큰 기능성이 요구되는 많은 응용 프로그램에 필수적입니다. 또한 통합 회로(IC)보다 더 많은 유연성과 맞춤화를 제공합니다.

이산 반도체 시장은 호황을 누리고 있습니다. 2021년부터 2027년까지 연평균 성장률(CAGR)이 6.3%로 성장할 것으로 예상됩니다, 2027년에는 370억 달러에 이를 것입니다. 시장 성장은 산업, 소비자 전자제품, IT 및 통신, 자동차 및 기타 응용 프로그램에서 이산 반도체에 대한 수요 증가에 의해 주도됩니다.

이산 반도체의 미래를 형성하는 추세 이 기사에서는 이산 반도체의 미래를 형성하는 다섯 가지 주요 추세와 전자 엔지니어가 자신의 설계에서 이를 활용하는 방법을 탐구할 것입니다. 이 추세에는 인공 지능(AI), 고급 재료, 고급 패키징, 새로운 아키텍처 및 사물 인터넷(IoT)이 포함됩니다. 자세히 알아보겠습니다!

인공 지능

AI는 지능적이고 매우 효율적이며 엄청난 양의 데이터와 계산을 처리할 수 있는 이산 반도체를 요구합니다. 이산 반도체는 더 높은 속도, 낮은 전력 소비 및 더 큰 기능성을 가능하게 하는 고급 재료와 아키텍처를 사용하여 이를 달성합니다.

예를 들어, 스마트 센서는 AI 알고리즘을 사용하여 현지에서 데이터를 처리하고 다른 장치나 클라우드와 통신할 수 있으며, 엣지 컴퓨팅 장치는 클라우드에 의존하지 않고 네트워크의 엣지에서 AI 작업을 수행할 수 있습니다.

고급 재료

고급 재료 - 갈륨 나이트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 유기 전자 재료를 포함하여 - 기존 재료(즉, 실리콘, 게르마늄 및 갈륨 아르세나이드)에 비해 우수한 성질과 성능을 가지고 있습니다. 고급 재료는 효율성, 신뢰성, 속도 및 전력 밀도를 향상시켜 이산 반도체의 성능과 기능을 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, GaN 및 SiC로 만든 구성 요소는 실리콘보다 더 높은 전압, 온도 및 주파수를 견딜 수 있습니다. 이들은 전기 자동차, 재생 에너지 및 데이터 센터와 같은 응용 프로그램을 위한 전력 변환기의 크기, 무게 및 비용을 줄일 수 있습니다.

유기 전자 재료는 유기 발광 다이오드(OLED), 유기 태양 전지 및 유기 레이저와 같은 유연하고 가벼우며 저렴한 광전자 장치를 가능하게 할 수 있습니다. 이들은 기존 광전자 장치에 비해 더 나은 색상 품질, 더 넓은 시야각 및 더 낮은 전력 소비와 같은 장점을 제공합니다.

새로운 아키텍처

새로운 아키텍처는 전통적인 아키텍처보다 더 높은 기능성과 성능을 제공하는 이산 반도체의 설계 및 통합의 새로운 방법입니다. 이 아키텍처에는 3차원(3D) 통합, 칩렛 및 단일 마이크로파 집적 회로(MMICs)가 포함됩니다. 이러한 아키텍처는 다양한 응용 프로그램을 위한 이산 반도체의 비용, 크기 및 복잡성을 줄일 수 있습니다.

3D 통합은 실리콘 관통 비아(TSVs) 또는 기타 연결 장치를 사용하여 여러 칩을 수직으로 쌓는 기술입니다. 이 기술은 인공 지능 및 기계 학습과 같은 고성능 컴퓨팅(HPC) 응용 프로그램을 위한 이산 반도체의 밀도, 속도 및 기능을 증가시킬 수 있습니다.

칩렛은 기판이나 인터포저에 결합될 수 있는 작은 칩입니다. 이 기술은 5G/6G 응용 프로그램을 위한 이산 반도체의 모듈식 설계 및 맞춤화를 가능하게 합니다. 칩렛은 단일 칩렛에서 다양한 RF 기능(예: 증폭기, 필터, 스위치 및 안테나)과 다양한 디지털 기능(예: 프로세서, 메모리 및 인터페이스)을 통합할 수 있습니다.

MMIC는 마이크로파 주파수에서 작동하는 집적 회로입니다. 이들은 갈륨 비소 또는 갈륨 질화물과 같은 화합물 반도체 재료를 사용하여 제작됩니다. MMIC는 레이더, 항법, 통신 및 전자전과 같은 항공우주 응용 분야에서 더 높은 성능과 신뢰성을 제공합니다.

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고급 패키징

고급 패키징은 개별 반도체를 캡슐화하고 연결하기 위해 새로운 방법과 재료를 사용하는 것을 포함합니다. 이러한 방법에는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP), 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB) 및 실리콘 관통 비아(TSV)가 포함됩니다. 이러한 기술은 전통적인 패키징 방법의 한계를 극복할 수 있는 더 효율적이고 신뢰할 수 있는 개별 반도체를 가능하게 할 수 있습니다.

FOWLP는 개별 반도체를 몰드 화합물에 내장하고 웨이퍼 레벨에서 재분배 층(RDL)에 연결합니다. 이 기술은 고급 운전자 보조 시스템(ADAS), 인포테인먼트 및 파워트레인과 같은 자동차 응용 분야를 위해 더 컴팩트하고 통합된 개별 반도체를 가능하게 합니다.

eWLB는 개별 반도체를 재구성된 웨이퍼에 내장하고 웨이퍼 레벨에서 RDL에 연결합니다. 이 기술은 더 나은 열 분산, 낮은 기생성 및 더 높은 신뢰성을 제공함으로써 열 관리, 전기적 성능 및 기계적 견고성을 향상시킵니다. eWLB는 이식형 장치, 바이오센서 및 웨어러블과 같은 의료 응용 분야를 위해 더 유연하고 견고한 개별 반도체를 가능하게 합니다.

TSV는 실리콘 웨이퍼 또는 다이를 통해 수직 전기 연결을 생성하는 기술입니다. 메모리 및 로직 칩의 3D 스택을 가능하게 함으로써 TSV는 개별 반도체의 대역폭과 속도를 증가시킬 수 있습니다. 이는 로봇공학, 자동화 및 기계 시각과 같은 산업 응용 분야를 위한 더 조밀하고 고성능의 개별 반도체를 가능하게 합니다.

사물 인터넷

IoT에 사용되는 개별 부품은 작고, 저전력이며 다양한 기술 및 프로토콜과 통신할 수 있어야 하므로 독특한 도전을 제시합니다. 개별 반도체는 고성능, 저비용, 높은 신뢰성을 가진 다양한 기능의 부품으로 이러한 도전을 충족시킵니다. 예를 들어, 다이오드는 전압 스파이크 및 일시적인 변동으로부터 보호 기능을 제공하고, 트랜지스터는 스위치 및 증폭기로서 전력을 제어 및 조절하는 데 사용되며, 싸이리스터는 과전류 보호 기능을 제공하고, LED는 시각적 피드백을 제공합니다.

곡선을 앞서가기

집적 회로보다 더 많은 유연성과 맞춤화를 제공함으로써, 개별 반도체는 혁신적인 기술을 가능하게 하고 있습니다. 곡선을 앞서가기 위해, 전자 엔지니어와 디자이너들은 개별 반도체 설계 및 제조의 최신 개발 및 혁신을 파악해야 합니다. 또한, 다양한 사용 사례 및 시장에 대한 개별 반도체 솔루션을 최적화하기 위해 새로운 재료, 구조 및 패키징 기술의 이점을 활용해야 합니다.