國星光電：氮化鎵SIP封裝引領(lǐng)驅(qū)動電源發(fā)展

隨著半導體工藝的進一步發(fā)展，先進封裝成為了下一階段半導體技術(shù)的重要發(fā)展方向。其中，SIP（System in Package）系統(tǒng)級封裝技術(shù)因可幫助芯片成品增加集成度、減小體積并降低功耗，成為了半導體封裝的關(guān)鍵方案之一。

同時，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體則因高頻、高能效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)越性能特點，成為了時下最熱門的半導體材料，驅(qū)動著新能源汽車、智能電網(wǎng)、新型顯示等領(lǐng)域的變革。

作為關(guān)鍵的半導體先進封裝技術(shù)，以及性能更為優(yōu)越的半導體材料，SIP與氮化鎵的結(jié)合又將為半導體下游應用帶來怎樣的變化？

在2023集邦咨詢第三代半導體前沿趨勢研討會上，國星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān)成年斌就氮化鎵的SIP封裝及應用進行了解析與展望，分享了氮化鎵的SIP封裝技術(shù)如何更好地服務LED客戶的同時，為公司的半導體封裝業(yè)務開辟更多可能。

國星光電研究院三代半研發(fā)總監(jiān) 成年斌

01、SIP系統(tǒng)級封裝成半導體行業(yè)大趨勢

從芯片的封裝發(fā)展趨勢來看，下游各類應用對于集成電路芯片的功能、能耗及體積需求不斷提高，驅(qū)使芯片封裝不斷地往更小尺寸、更多功能、更輕、更薄、更快、更可靠、更小延遲的方向發(fā)展，從過往的TO封裝到DIP封裝，再到PGA、BGA、QFP封裝形式，芯片封裝的引腳、封裝系統(tǒng)化集成的器件不斷增多，封裝重量與尺寸不斷縮小。

順應芯片封裝的發(fā)展趨勢，SIP技術(shù)由此誕生。通過將多個裸片及無源器件整合在單個封裝體內(nèi)形成系統(tǒng)或子系統(tǒng)，SIP成為了能夠?qū)崿F(xiàn)一定功能的集成電路封裝技術(shù)。然而SIP封裝技術(shù)較為復雜，并非簡單的芯片與引線框架或基板的連接。

成年斌表示，SIP封裝涉及一系列的工藝和技術(shù)支持，包括性能、功率密度、功耗、成本等，技術(shù)層面還需考慮電磁場，電、熱結(jié)構(gòu)應力，裝備工藝能力，材料特性等，各項融合才能制造出SIP封裝產(chǎn)品，這對企業(yè)的封測能力與經(jīng)驗提出較高要求。

在科技快速進步的今天，復雜且全能的SIP封裝技術(shù)已應用于各大生活與生產(chǎn)場景，包括消費電子、無線電子、醫(yī)療電子、云計算、工業(yè)控制、汽車電子領(lǐng)域等。展望未來，SIP封裝應用將繼續(xù)擴大，更多不同領(lǐng)域的芯片將朝SIP的方向發(fā)展，SIP封裝行業(yè)市場規(guī)模將會成幾何倍數(shù)增長。

在SIP這成長空間龐大的半導體封裝市場里，具有豐富LED封裝經(jīng)驗的國星光電正通過SIP封裝與氮化鎵的結(jié)合，為下游LED等各領(lǐng)域客戶帶來更優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動電源方案，不斷擴大公司在第三代半導體賽道的產(chǎn)品布局。

02、國星迎難而上，開發(fā)豐富氮化鎵SIP產(chǎn)品

成年斌介紹，目前在SIP封裝方面，國星光電主要的研究方向是制造生產(chǎn)具備特定功能的氮化鎵開關(guān)器件，由于氮化鎵功率器件本質(zhì)是一個開關(guān)管，若要實現(xiàn)特定的功能離不開對氮化鎵開關(guān)管的控制，而控制行為在電路中屬于邏輯部分，因而將邏輯電路和功率電路進行SIP封裝具備高難度的挑戰(zhàn)。

其中包含了兩大技術(shù)難點，首先是熱均勻性問題，邏輯端和電路功率端相合封時，功率端發(fā)出的熱量，邏輯端能否承受？熱應力變化如何？多項熱量不均產(chǎn)生的器件缺陷問題都需要被考量。

另一方面是電磁干擾問題，邏輯端是由低電壓控制，而功率端需高電壓控制，在較小的器件空間里將會產(chǎn)生電磁干擾的問題，氮化鎵SIP器件能否正常工作。因此，氮化鎵SIP封裝并非簡單的各類器件結(jié)合，二是需要考慮并解決上述相關(guān)的諸多問題。

氮化鎵SIP封裝器件制造復雜，相關(guān)產(chǎn)品更加是少之又少。對于這尚未被挖掘的新興領(lǐng)域，國星光電迎難而上，通過在LED封裝領(lǐng)域的多年經(jīng)驗與優(yōu)勢和在第三代半導體的潛心研究，成為了少數(shù)擁有豐富氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品的企業(yè)。

目前，國星光電已開發(fā)出多款基于SIP封裝的氮化鎵IC產(chǎn)品，并配套開發(fā)出相應的氮化鎵驅(qū)動方案，可在LED照明驅(qū)動電源、LED顯示器驅(qū)動電源、墻體插座快充、移動排插快充等領(lǐng)域得以應用。

其中，驅(qū)動器+氮化鎵產(chǎn)品在墻插快充產(chǎn)品上得以應用，具備尺寸小、功率密度高的優(yōu)勢，輸出功率達到了35W，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。系列產(chǎn)品還可以應用于120W、200W磁吸燈和櫥柜燈等驅(qū)動應用場景；

應用于LED調(diào)光的AC/DC氮化鎵可控硅調(diào)光LED驅(qū)動芯片，其簡化了開關(guān)電路，通過內(nèi)置MCU芯片，可實現(xiàn)LED亮度從1%到100%的調(diào)節(jié)；另外，還有一款可雙路調(diào)光調(diào)色的氮化鎵控制IC，以電力載波的形式實現(xiàn)通信傳輸，產(chǎn)品同樣將MCU芯片與氮化鎵電路相結(jié)合。

成年斌表示，國星光電正在面向LED應用下游，推動氮化鎵驅(qū)動方案的發(fā)展，從簡單的氮化鎵單管，到合封驅(qū)動產(chǎn)品，再到做氮化鎵SIP封裝以及功能多樣化的氮化鎵芯片，國星光電正在打造出全新電源管理IC技術(shù)路線。未來，在公司強大研發(fā)團隊的支撐下，國星光電將持續(xù)發(fā)展氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品，推動LED驅(qū)動成為PD快充之后又一快速成長的氮化鎵應用市場。

03、國星立足LED封裝，重點培育第三代半導體

如今，國星光電依托優(yōu)異的LED封裝品質(zhì)口碑，正在重點培育新的第三代半導體產(chǎn)品，以促進企業(yè)多元化發(fā)展。

憑借豐富的封裝技術(shù)專利與強大科研團隊，國星光電持續(xù)孵化第三代半導體產(chǎn)業(yè)化項目中。除氮化鎵SIP封裝產(chǎn)品外，國星光電還形成了碳化硅分立器件、碳化硅功率模塊、氮化鎵電源方案等一系列碳化硅/氮化鎵功率器件及應用方案。

在半導體封測層面，國星光電已形成完整封測產(chǎn)線，可生產(chǎn)SOD/SOT系列、SOP系列、DFN/QFN系列、TO系列等封裝產(chǎn)品，支撐半導體封測業(yè)務高品質(zhì)、穩(wěn)定、多樣化發(fā)展。

展望未來，國星光電在做精做專LED照明、顯示封裝業(yè)務的同時，將做強第三代化合物半導體及功率IC封測業(yè)務，期望通過8-10年時間的沉淀，成為化合物半導體封測龍頭。（文：化合物半導體市場 Irving）