5 Trendów w Półprzewodnikach Dyskretnych: Co Jest Nowego i Co Następne

Półprzewodniki to niewidzialni bohaterowie świata technologii. Pracują w ukryciu w wszystkim - od zabawek i smartfonów po samochody i termostaty. Umożliwiają również przełomowe technologie, takie jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe.

Ale nie wszystkie półprzewodniki są stworzone równo. Niektóre są dyskretne, co oznacza, że są pojedynczymi urządzeniami, które wykonują podstawowe funkcje elektroniczne. Inne są zintegrowane, co oznacza, że składają się z wielu urządzeń na pojedynczym chipie, które wykonują złożone funkcje.

Podstawowe funkcje, które dyskretne półprzewodniki wykonują, obejmują prostowanie (diody), wzmacnianie (tranzystory) i przełączanie (tranzystory i tyrystory). Dyskretne zazwyczaj mają dwa lub trzy zaciski. Mogą wydawać się proste, ale są niezbędne dla wielu aplikacji wymagających wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii i większej funkcjonalności. Oferują również większą elastyczność i możliwości dostosowania niż układy scalone (IC).

Rynek dyskretnych półprzewodników rośnie. Oczekuje się, że będzie rósł z roczną stopą wzrostu (CAGR) na poziomie 6,3% od 2021 do 2027, osiągając 37 miliardów dolarów do 2027 roku. Wzrost rynku jest napędzany przez rosnące zapotrzebowanie na dyskretne półprzewodniki w przemyśle, elektronice użytkowej, IT i telekomunikacji, motoryzacji i innych zastosowaniach.

Trendy kształtujące przyszłość dyskretnych półprzewodników W tym artykule zbadamy pięć głównych trendów, które kształtują przyszłość dyskretnych półprzewodników i jak inżynierowie elektronicy mogą je wykorzystać w swoich projektach. Są to sztuczna inteligencja (AI), zaawansowane materiały, zaawansowane pakowanie, nowatorskie architektury i Internet rzeczy (IoT). Zanurzmy się!

Sztuczna inteligencja

AI wymaga dyskretnych półprzewodników, które są inteligentne, bardzo wydajne i zdolne do obsługi ogromnych ilości danych i obliczeń. Dyskretne półprzewodniki osiągają to, używając zaawansowanych materiałów i architektur, które umożliwiają wyższe prędkości, niższe zużycie energii i większą funkcjonalność.

Na przykład inteligentne czujniki mogą przetwarzać dane lokalnie za pomocą algorytmów AI i komunikować się z innymi urządzeniami lub chmurą, podczas gdy urządzenia do edge computing mogą wykonywać zadania AI na krawędzi sieci bez polegania na chmurze.

Zaawansowane materiały

Zaawansowane materiały – w tym azotek galu (GaN), węglik krzemu (SiC) i elektronika organiczna – mają lepsze właściwości i wydajność w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami (a mianowicie krzemem, germanem i arsenkiem galu). Zaawansowane materiały mogą zwiększać wydajność i funkcjonalność dyskretnych półprzewodników poprzez poprawę efektywności, niezawodności, szybkości i gęstości mocy.

Na przykład, komponenty wykonane z GaN i SiC mogą wytrzymać wyższe napięcia, temperatury i częstotliwości niż krzem. Redukują one rozmiar, wagę i koszt przekształtników mocy dla takich zastosowań jak pojazdy elektryczne, energia odnawialna i centra danych.

Elektronika organiczna może umożliwić elastyczne, lekkie i niskokosztowe urządzenia optoelektroniczne, takie jak organiczne diody elektroluminescencyjne (OLEDy), organiczne ogniwa słoneczne i organiczne lasery. Oferują one zalety takie jak lepsza jakość kolorów, szersze kąty widzenia i niższe zużycie energii w porównaniu z konwencjonalnymi urządzeniami optoelektronicznymi.

Nowatorskie architektury

Nowatorskie architektury to nowe sposoby projektowania i integrowania dyskretnych półprzewodników, które oferują wyższą funkcjonalność i wydajność niż tradycyjne architektury. Do tych architektur należą trójwymiarowa (3D) integracja, chiplety i monolityczne układy scalone mikrofalowe (MMICs). Te architektury mogą zmniejszyć koszt, rozmiar i złożoność dyskretnych półprzewodników dla różnych zastosowań.

Integracja 3D to technika, która układa wiele chipów pionowo za pomocą przez-krzemowych przelotek (TSVs) lub innych połączeń. Ta technika może zwiększyć gęstość, szybkość i funkcjonalność dyskretnych półprzewodników dla zastosowań w wysokowydajnych obliczeniach (HPC), takich jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe.

Chiplety to małe chipy, które mogą być łączone na podłożu lub interposerze, tworząc większy chip. Ta technika umożliwia modułowe projektowanie i dostosowywanie dyskretnych półprzewodników dla zastosowań 5G/6G. Chiplety mogą integrować różne funkcje RF (takie jak wzmacniacze, filtry, przełączniki i anteny) oraz różne funkcje cyfrowe (takie jak procesory, pamięć i interfejsy) na pojedynczym chiplecie.

MMIC to zintegrowane układy działające w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Są produkowane z użyciem związków półprzewodnikowych takich jak arsenek galu lub azotek galu. Oferują one wyższą wydajność i niezawodność dla zastosowań w przemyśle kosmicznym, takich jak radar, nawigacja, komunikacja i wojna elektroniczna.

Odkryj ponad 250 000 dyskretnych półprzewodników na Octopart.com

Zaawansowane pakowanie

Zaawansowane pakowanie polega na użyciu nowatorskich metod i materiałów do enkapsulacji i łączenia dyskretnych półprzewodników. Metody te obejmują pakowanie na poziomie wafli z rozproszeniem (FOWLP), wbudowaną matrycę kulową na poziomie wafli (eWLB) oraz przelotowe połączenia w krzemie (TSV). Techniki te mogą ułatwić bardziej efektywne i niezawodne dyskretne półprzewodniki, które mogą pokonać ograniczenia tradycyjnych metod pakowania.

FOWLP umieszcza dyskretne półprzewodniki w związku formującym i łączy je z warstwą redystrybucji (RDL) na poziomie wafli. Ta technika umożliwia bardziej kompaktowe i zintegrowane dyskretne półprzewodniki dla zastosowań motoryzacyjnych, takich jak zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS), systemy rozrywki i układy napędowe.

eWLB umieszcza dyskretne półprzewodniki w przekonfigurowanym wafelu i łączy je z RDL na poziomie wafli. Ta technika poprawia zarządzanie ciepłem, wydajność elektryczną i wytrzymałość mechaniczną, zapewniając lepsze odprowadzanie ciepła, niższe pasożytnicze i wyższą niezawodność. eWLB umożliwia bardziej elastyczne i wytrzymałe dyskretne półprzewodniki dla zastosowań medycznych, takich jak urządzenia implantowane, biosensory i urządzenia noszone.

TSV to technika, która tworzy pionowe połączenia elektryczne przez krzemowy wafer lub kostkę. Umożliwiając 3D stosowanie układów pamięci i logiki, TSV może zwiększyć przepustowość i szybkość dyskretnych półprzewodników. To umożliwia gęstsze, wydajniejsze dyskretne półprzewodniki dla zastosowań przemysłowych, takich jak robotyka, automatyzacja i wizja maszynowa.

Internet Rzeczy

Elementy dyskretne używane w IoT muszą być małe, energooszczędne i zdolne do komunikacji z różnymi technologiami i protokołami, co stawia przed nimi unikalne wyzwania. Dyskretne półprzewodniki sprostają tym wyzwaniom dzięki wysokiej wydajności, niskim kosztom, wysokiej niezawodności komponentów o zróżnicowanej funkcjonalności. Na przykład, diody zapewniają ochronę przed szpilkami napięciowymi i przepięciami, tranzystory działają jako przełączniki i wzmacniacze do kontrolowania i regulowania mocy, tyrystory zapewniają ochronę przed przeciążeniem prądowym, a LEDy zapewniają informację zwrotną wizualną.

Bądź o krok do przodu

Oferując większą elastyczność i możliwości dostosowania niż układy scalone, dyskretne półprzewodniki umożliwiają przełomowe technologie. Aby być o krok do przodu, inżynierowie elektronicy i projektanci muszą być na bieżąco z najnowszymi rozwojami i innowacjami w projektowaniu i produkcji dyskretnych półprzewodników. Muszą również wykorzystać zalety nowych materiałów, architektur i technik pakowania, aby zoptymalizować swoje rozwiązania z dyskretnymi półprzewodnikami dla różnych przypadków użycia i rynków.