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系统级封装及模块化集成开创“多样化摩尔”时代

时间:2020-02-24 作者:ADI 阅读:
如今说到半导体公司,摩尔定律则是一个必然绕不开的话题。据摩尔定律推断:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。在过去几十年来,半导体厂商一直依靠摩尔定律推动芯片创新,但随着近年来芯片制程技术逐渐接近物理天花板,摩尔定律正面临逐渐失效的技术窘况。
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如今说到半导体公司,摩尔定律则是一个必然绕不开的话题。据摩尔定律推断:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。在过去几十年来,半导体厂商一直依靠摩尔定律推动芯片创新,但随着近年来芯片制程技术逐渐接近物理天花板,摩尔定律正面临逐渐失效的技术窘况。imHEETC-电子工程专辑

在近日的一次媒体采访中,全球高性能模拟技术提供商 ADI 公司系统解决方案事业部总经理赵轶苗则表示,ADI 的思路与大多数半导体公司有些不同,他们更关注的并非是摩尔定律的天花板,而是如何从物理世界到数字世界中,洞察到各类信号在现实环境的特性或细枝末节,以持续得到有价值的数据。ADI 将这一思路叫做“More than Moore”——多样化摩尔。imHEETC-电子工程专辑

后摩尔定律时代的 SoC 和 SiP

ADI 认为,整个半导体行业正通过采用“应用需求驱动型”方法来补充和完善传统的技术供应驱动型方法,后者侧重于从性能、尺寸、成本和功效比等主要方面来推动改进,而前者则是从需要解决的问题入手逆向操作,更高效且更有效地将创新与应用对应起来,而这也是 ADI一直坚持的创新理念。imHEETC-电子工程专辑

从数字信号世界的角度来说,将完整系统的关键部件和软件集成在单一芯片上,也称为 SoC(System on Chip,系统级芯片),而在模拟信号世界中,不同模拟工艺的多芯片封装则叫做SiP(System In Package,系统级封装)。ADI 针对物理世界和现实环境交互所需的电信号特点,将 SoC 和 SiP 相结合,开发出了一种新的工艺结构,并研发出了多样器件和产品技术,以帮助客户及其应用提供更高的系统价值。imHEETC-电子工程专辑

ADI 公司根据此子系统策略生产的第一个系列为 ADAQ798x 数据采集产品。ADAQ798x 是一种 16 位模数转换器子系统,将四个通用的信号处理和调理模块集成到一个 SiP 设计中,可支持多种应用。该系列器件也包含最关键的无源器件,可避免因使用逐次逼近型寄存器(SAR) 模数转换器 (ADC) 的传统信号链所导致的很多设计难题。这些无源器件是实现额定器件性能的关键因素。imHEETC-电子工程专辑

ADAQ798x 系列采用小尺寸 5 mm × 4 mm LGA 封装,因此会使数据采集系统的设计过程更简单。配备四种器件电源以提供最佳系统性能,但在对器件工作特性的影响极小时也可使用单电源模式。SIP 封装不仅使器件具有出色的集成度,并且可灵活地适应各种各样的应用。下图显示了 ADAQ798x 的封装外形图与无任何封装或塑封的 ADAQ798x 装配模型。可以看出,该子系统混合运用了 ADI 有源器件和公开市场上常见的无源器件,层压片走线的设计有利于控制阻抗并消除任何串扰。正是因为在所有这些设计和装配技术上取得的成果,可以比同类器件设计节省高达 50%的 PCB 面积。imHEETC-电子工程专辑

ADAQ798x 的封装外形图imHEETC-电子工程专辑
ADAQ798x 的三维装配模型imHEETC-电子工程专辑

除了节省面积之外,ADAQ798x 还为信号链设计工程师实现所需性能和降低系统设计风险提供了更佳的机会。从根本上说,这样可以缩短上市时间和降低开发成本。此款 SiP 器件坚固耐用,专为承受恶劣的工业环境而设计,并已通过大量测试验证其合格性。它能够实现绝佳的质量等级,额定温度范围为–55℃至+125℃。总而言之,ADAQ798x 实现了集成度与灵活性之间的卓越平衡,并且不会牺牲信号链的性能。imHEETC-电子工程专辑

拓展技术创新的维度,ADI iPassives计划先行

事实上,基于多样化摩尔战略的考量,ADI 还有一系列多样性的产品及解决方案,能够把创新拓展到新的维度,涵盖了消费电子、5G 通信、能源、仪器仪表、汽车电子、医疗健康等许多领域。imHEETC-电子工程专辑

在几年前,ADI 便推出新的集成无源技术计划 (iPassives),ADI 旨在通过这项计划提供二极管、电阻、电感和电容等无源元件集成,从而能够更广泛地涵盖信号链设计,同时克服现有采用无源元件方法的局限性和复杂性。集成无源器件采用模块化工艺,这意味着只有在需要特定元件时才需要执行生产某种类型无源器件所需的工艺步骤。iPassives 网络的构建基本上只需要必需的工艺复杂性,使得许多无源构建块可供选择,构建一个集成无源网络就像将所需元件拼装在一起一样简单。imHEETC-电子工程专辑

iPassives 构建块

例如,ADI 将它们用于μModule 器件中,这些模块利用了各种集成电路的功能,量身定制的工艺进行制造各种电路,所提供的增强性能是无法通过其他任何单一工艺实现的。ADI 正在使用 iPassives 将这些集成电路连接在一起,由此在单个器件内构建完整的精密信号链。下图的两个μModule 器件示例包括数据转换器、放大器和其他元件,通过采用集成无源器件构建的无源增益和滤波网络将它们结合在一起。imHEETC-电子工程专辑

使用 iPassives 的 μModule 产品示例

此外,ADI 生产高度可定制的精密信号调理系统,采用来自大量经现场验证的 IC 产品组合的可重复使用的方法,并将其与 iPassives 的多功能性相结合,从而使开发周期时间和成本都显著下降。这一决定为客户提供了巨大的优势,使客户可以自行利用最先进的性能更快、更高效地进入市场。imHEETC-电子工程专辑

总结

“应用需求驱动型”创新思维推动下,ADI 用自己的实践验证了超越摩尔定律行之有效的组合方式,在技术和物理系统以及生态系统上实现半导体技术及应用的加速创新。同时,ADI 也针对物理世界和数字世界交互所需要的模拟技术新特点,将 SoC 和 SiP 相结合,开发出了一种新的工艺结构,并在 iPassives 策略指导下,不仅重新定义了产品可以实现的功能,还重新定义了其速度、成本和设计尺寸,并研发出了多样器件和解决方案,以帮助客户及其应用提供更高的系统价值。imHEETC-电子工程专辑

责编:Amy GuanimHEETC-电子工程专辑

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