先进的电子组装使小型化成为可能

罗莎Javadi
文章作者:
罗莎Javadi
工程服务经理
Heri Herrera
文章作者:
Heri Herrera
助理工程师

最早的移动电话只有砖头那么大,它们能做的就是打电话。现在,再想想如今可以轻松装进口袋的轻薄移动设备。除了打电话,它还是一个相机,一个计算器和一个日历。它有电子邮件和短信功能。它是一个日历,一个健康追踪器,一个手电筒等等。

多亏了工程技术的奇迹,我们能够不断缩小设备的尺寸和重量,同时使它们更强大。我们称之为小型化我们使用先进的电子组装工艺来实现这一目标。

什么是小型化?

电子器件的小型化包括在更小的集成电路(IC)上安装更多的晶体管节点。然后,集成电路在其预期的系统或设备中进行接口,这样,一旦组装,系统就可以执行所需的功能。这项技术变得更小但更强大。

此外,设备小型化与戈登·摩尔1965年的预测一致,“在集成电路中塞满更多的组件(将)导致诸如家用电脑、汽车自动控制和个人便携式通信设备等奇迹。”他的预言证明是正确的它引领了一个从便携式电脑、智能手机到新款电脑的技术时代医疗设备到物联网和5G无线设备,以及AR/VR和人工智能,这些都是由更小但更强大的计算系统实现的。

构想出这些微型技术是一回事,制造过程又是另一回事。电子产品制造商不断创新,以克服接口更小、更强大的电子元件带来的挑战。

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一个微小的“裸模”芯片被放置在电路板上,使用精密的先进电子组装工艺

小型化将改变世界。但是,需要新的先进制造工艺,如先进的电子组装,来应对挑战,并拥抱小型化的承诺。

无论我们是在开发下一代片上系统,还是将其连接到新设备上,先进的电子组装都是技术诀窍、精度和创新工艺的巧妙结合,使我们的客户在工作室里梦想的设备进入大规模生产和全球分销。

用更少的钱做更多的事:用球格阵列缩小规模

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一种球栅阵列封装,显示所述受保护的顶部和用焊锡球网格化的暴露底面。焊接球的网格模式被使用,其中每个球成为电路板和BGA包之间的连接。通过这种方式,在印刷电路板上安装BGA减小了系统的整体尺寸,同时提高了系统性能。

一种小型化技术是开发球栅阵列集成电路封装。BGA设计能够在集成电路和印刷电路板之间进行大量的连接,从而提高信号路由的能力,从而提高系统的处理能力。

bga还提高了芯片的可靠性,减少了过热,因为它们允许更多的热通道数量和更短的信号传播长度。建立更多更好的电气连接使bga成为技术小型化的关键推动者。

从本质上讲,bga是集成自动驾驶汽车等应用所需的大量传感和响应系统的好方法。的先进驾驶辅助系统(ADAS)这是自动驾驶汽车的关键部分,需要经过仔细校准的传感器来收集汽车在道路上行驶时周围不断变化的信息。根据英特尔的说法“自动驾驶汽车将需要必要的计算能力来融合来自各种传感器的约1gb/秒的信息,以[输出]安全决策。”

当然,这些系统必须坚固可靠,以满足安全标准。在2020年WCX SAE世界大会上展示的研究成果研究了高密度BGAs在不同热和振动情况下的性能,模拟了自动驾驶模块安装时的情况。可靠性是一个直接影响设计的重要因素,因此我们选择制造这些系统的组装工艺。

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先进电子总成

微型先进电子组装

除了bga之外,另一种常见的小型化技术是使用晶圆级芯片规模封装。晶圆级芯片规模封装(wlcsp)本质上是在晶圆上批量制造的微型ic,然后将其切成包含ic的单个芯片或长和宽为几毫米的芯片。在这里,连接是由纯金接头制成的,要么是金疙瘩,要么是金丝连接。这些金接头在直径小至30微米时仍能保持可靠性;它们可以相隔几微米。

随着晶体管节点尺寸的减小,芯片可以在不影响性能的情况下进一步缩小。有时它们的性能甚至可以随着它们变小而提高。这些更小的晶体管节点能够实现更健壮的片上系统(SoC),它可以以更好的性能执行更多的任务。

与bga一样,IC芯片上的连接通常是在芯片的底部访问,但这可能因芯片设计而异。这种灵活性使IC芯片更加通用,但也使集成它们所需的先进电子组装过程更加复杂。将它们与预期设备连接起来的过程也变得更加复杂。这就是艺术与科学相遇的地方——进入板上芯片(CoB)过程。

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带焊锡球的裸模,显示焊锡球如何对准印刷基板上的连接

什么是板上芯片流程?

板上芯片(CoB)是一种将集成电路芯片连接到任何给定基板或板上的专门工艺。随着各种各样的技术设备的发展,IC和衬底的尺寸和形状随着产品的不同而有很大的变化。我们必须使用先进的电子组装技术,如CoB,使这些产品活起来。

尽管设计组装功能强大的微型芯片的流程很困难,但没有它们,我们就无法前进。随着高通宣布其新的骁龙Ride系统级芯片(SoC)处理核心提供了一系列自动驾驶汽车支持,业界指望制造商成功集成这些芯片。板载芯片是我们将使用的先进电子组装工艺之一,因为设备继续需要越来越小的格式的更多功能。

小型化的未来

不可否认,戈登·摩尔定律关于在集成电路中塞入更多的组件似乎正在放缓,当你考虑芯片节奏制造商发布的下一个最小晶体管节点芯片。英特尔自己遇到几次减速当他们接近个位数的纳米级晶体管节点时。现在,制造商面临着更大的延迟,这要归功于全球供应链短缺基本上所有类型的组件。

然而,研究人员已经在寻找不同的方法来执行晶体管典型的开关或路由任务。从本质上讲,研究人员正在寻求用纳米和亚纳米级的类似晶体管的设备来控制这种信号路由。

研究显示使用的效果很有希望有机晶体管,专门的材料,比如铁电晶体管甚至量子晶体管这将需要完全不同的硬件,并颠覆我们今天所知的电子格局。随着这些新的类似晶体管的设备不断发展,我们先进的组装团队将使它们能够在全球范围内大规模地集成到产品中。

研究人员希望通过微型化解决人类面临的一些最大问题。来自世界上最受尊敬的研究机构的辉煌的新突破有望使人们的生活更长久、更健康,并为从自动驾驶汽车到宇宙飞船以及介于两者之间的一切提供更清洁的能源。但如果没有先进的电子组装,这项研究将无法为消费者所用。

先进的电子组装将研究带入生活,找到大规模制造的方法,最大限度地降低成本,并利用大量的工程专业知识。无论你是一家初创公司还是财富500强的技术领导者,如果你正在创造下一个颠覆性的电子设备,一个先进的电子组装团队可以帮助你无缝地从原型到生产,无论电子产品多么微小或复杂。

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