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智能穿戴设备对半导体封装技术提出了更高的要求

时间:2024-05-22 18:06:15 科技赋能

世界各地的人们都有在节日送礼物的习惯。

每年的这个时候,送礼者都会非常小心地用彩纸或丝带仔细地包裹礼物。

虽然我们在包装礼品时不遗余力、煞费苦心,但里面的礼品往往远比外观更重要。

然而,半导体封装却不会出现同样的情况。

事实上,开发新的、创造性的方法来封装我们的尖端技术对于半导体的未来至关重要。

以医疗保健电子产品为例。

无论是为患者护理设计的专业组件还是可穿戴个人健身设备,这些突破性电子产品中包含的电路组件必须封装在比以往更小的空间中,同时也不能影响其性能和可靠性。

半导体产品封装必须覆盖和保护内部电路元件,并允许访问外部连接,并为某些应用提供环境传感功能。

在医院环境中,X射线、计算机断层扫描和超声设备都需要极高的分辨率,以帮助医疗专业人员获得最清晰的内部组织图像,而CT扫描等大型数字图像则需要通过S通道处理,快速转换个体像素从模拟数据到数字数据,失真尽可能小。

因此,当我们将相当数量的模数转换器通道封装到特定的空间中时,我们还需要保证其能够提供相应的性能。

通常,单个或几个实用的高速 ADC 无法处理大型 CT 数字图像所需的所有数据,并且没有足够的空间来将多个单独的 ADC 彼此相邻放置。

针对这种情况,德州仪器 (TI) 工程师提出了一个创新的解决方案,即创建两个或四个堆栈,每个堆栈包含 64 个 ADC 通道,从而最大限度地利用通常只能容纳 64 个通道的空间。

可容纳 ADC 通道。

这种封装技术称为三维应用。

虽然听起来并不复杂,但其实际操作却面临着诸多挑战。

例如,当我们封装 IC 越密集时,它们相互干扰的可能性就越大。

同时,我们还需要解决ADC的有效散热问题,因为封装内的温度升高会影响器件的性能。

当涉及外部传感器时,封装变得更具挑战性。

在大多数情况下,集成电路 (IC) 可以安全地封装在其封装内,但外部传感器必须暴露在外部环境中才能在医疗环境中提供高度可靠的信息。

面对这些挑战,TI在最新的白皮书中提供了各种示例,同时推出了独特的封装技术解决方案。

试图在更小的空间内保持相同的性能面临着许多挑战,因此封装创新是成功的核心能力。

对于可穿戴个人健身设备来说,重点不再是海量数据处理,而是最小化尺寸和重量,同时保持低成本。

例如,在智能手表中,IC封装必须以最小的体积容纳电子元件,以避免设计出体积过大或笨重的手表。

一般来说,此类应用的传统封装高度为0.4-0.5毫米,但TI工程师已成功开发出高度仅为0.15毫米的PicoStar封装,并计划进一步将高度降低至0.1毫米以下。

PicoStar 可以嵌入印刷电路板中,使设计人员能够在空间受限的设计中为 IC 或传感器留出额外的层。

此外,TI 还可以提供集成了 PicoStar 封装和其他系统级组件的 MicroSiP(微系统级封装)。

我们需要像 PicoStar 和 MicroSiP 这样的创新,让未来的可穿戴个人健身设备更加美观和优雅。

未来5到10年医疗应用包装的发展趋势将令人兴奋。

随着技术的进步,也许IC在电路板上的封装不再是问题,而是有必要研究IC在假肢或皮肤粘附电子产品上的封装方法。

另外,我们要在包装领域不断创新,将包装与生物相容性材料结合起来,让人体不再对这些电子产品产生不良反应或排斥反应。