先进的包装移动到汽车

由安Steffora Mutschler和埃德·斯珀林

作为汽车制造商提出电气化的车辆速度,每个按照自己的节奏,他们开始接受新颖的包装方法来区分自己在竞争日益激烈的市场。

Wirebond用于主导这个市场,大部分的芯片相对不成熟,产品周期slow-sometimes只要五到七年。但随着汽车制造商开始规划日益快速driver-assisted或完全自主的未来,他们已经开始考虑先进的包装来保持他们的技术当前和得到的产品能更快地推向市场。

“我们看到增加新的和不同的包装选择汽车应用程序和注意事项,”爱德华Fontanilla观察,产品技术营销副主任新科金朋。”的一个例子是高频雷达设备77 ghz先进驾驶辅助系统(ADAS)。这些高频雷达设备需要更严格的射频信号隔离和积极的业绩目标。扇出晶圆级封装(FOWLP),特别是嵌入式wafer-level球形阵列(eWLB),正在成为一种流行的包装选择。”

图1:NXP FOWLP雷达模块。来源:NXP

Fontanilla指出,使用大量的好处扇出方法在汽车电子产品。其中包括:

•它消除了需要一个复合基质,用铜代替而是再分配层(RDL)。RDL短连接的距离,进而大大降低阻抗。
•与许多先进的包装方法,它还使用较小的形状较低parastics互连,为高频应用是至关重要的。
•低公差从wafer-level处理使更好的收益,这是具有成本效益的高频应用;
•像所有扇出,它提供了更多的设计灵活性,因为有更少的路由干扰射频通道和足够的隔离。

其他报告类似关注汽车制造商增加先进的包装。

“有直接利益从汽车制造商,并从一级年代更具体地说,”jean - marc Yannou说,高级技术总监日月光半导体欧洲。“奥迪承认分化等oem汽车越来越多来自于电子产品,因为汽车制造商与内燃机解决了大部分的问题。所以他们去电动或混合动力。这是一个区别。另一个区别是,汽车走高端。消费者想要的产品在汽车电子等能够调整座椅,座椅加热,打开后备箱或者天窗只是按下一个按钮。”

他指出,汽车oem厂商都意识到车辆分化是可能的,因为电子元件。他们也明白他们不能区分通过使用不同的CMOS技术,所以它不会有很大的差异,如果他们呆在一个年长的节点或10/7nm。汽车应用中,交易量不高到足以看到显著的下跌与设备扩展。

“投资/资本支出水平如此之高,以至于非常,非常需要大量汽车制造商证明此举,“Yannou说。“他们将遵循,但他们跟随在无线行业。他们仍然晚了大约5年新的CMOS技术节点上采用。”

当涉及到包装,不过,这是一个完全不同的故事。

“过去是硅节点一样,”他说。“我们只有无线产业的跟进。现在我们做越来越多的事情,实际上是特定的汽车。奥迪说所有半导体的分化,这本身是电子产品和汽车的区分因素一般来说,将包装。包装将用于带来更高水平的性能更好的热耗散和更低的电力损失缩小整个大小。”

虽然电子产品包的大小可以是一个因素在设计中,考虑到有足够的空间在车里,真正的重点是隐藏,电路的能力。“电子必须看不见眼睛的用户,“Yannou说。“小型化是一个重要因素。”

什么样的包?
这不是一个简单的交换技术,另一个,然而。有很多需要考虑的因素,如将如何使用这些设备,他们将使用的环境,哪种类型的包装是最好的。目前押注在扇出,但也可能包括其他包装类型转变。

“环境将用于至关重要,”汤姆说鲑鱼,协作技术平台的副总裁半。“你需要考虑是否会在引擎盖下,信息娱乐系统,以及如何将在2025年看起来都。然后,你需要的材料是什么包装?这可能是非常不同的,因为你不再有一级和二级运动员定义未来20年的事情就像他们过去所做的那样。”

包装提供了灵活性,因为并不是所有的组件需要更改为每一个新的应用程序。工作组异构集成开发的道路地图作为接班人现在国际技术路线图Semiconductors-working一组参考平台上各种汽车等市场。随着这些市场不同的工作小组正在开发指南2.5 d, 3 d和扇出。

“我们的目标是创建最优平台开发正确的组件还可以灵活地使用wafer-level包装或芯片级包之类的特定环境,优化“鲑鱼说。

扇出最近一直受到的关注。国际主席Jan Vardaman TechSearch形容扇出晶圆级封装一个颠覆性技术,因为没有衬底和传统填充不足,和所有的包装可以在铸造或OSAT。但是她指出它需要chip-package合作设计。

“扇出wafer-level包装用于雷达模块的性能,”Vardaman说。“这是射频,所以降低寄生是非常重要的。也有很多wirebond今天和很多QFNs(扁平无铅)。的higher-pin-count微控制器正从wirebond倒装芯片,还有一些system-in-package模块在各个部分。”

图2:扇入和扇出。资料来源:国际/新科金朋TechSearch

可靠性和未知的
潜在的这种转变如何把芯片放在一起是一个关注的可靠性,一直都是一个问题在汽车和其他安全性至关重要的市场。这曾经是一个相对简单的讨论,但随着越来越多的电子产品被添加到汽车了复杂性的一个全新的水平。这个讨论的包装只是一个方面。

“需要一个系统的功能安全方法,但很难确定我们会实现这个目标,”罗伯特·贝茨说嵌入式系统部门的首席安全官导师,西门子业务。“你需要计划随机故障的可能性。他们确实会发生。你需要做这个的理解硬件和软件越来越复杂。机器学习和神经网络的软件不能直接实现它在做什么。和安全性至关重要的硬件,通常这是几代老和你添加未经证实的和不同条件下自治系统。”

而先进的包装允许交换组件的能力,这个过程更可预测,如果这些组件开发工作在这些包。问题是,汽车制造商正处于疯狂抢夺保持目前这种技术,所以他们越来越多地利用各种商用组件没有开发高级包并没有在极端条件下长时间进行测试。

“这把一级和二级供应商处于一个艰难的境地,”贝茨说。“他们需要提供更多的数据。”

虽然可以模拟数据,但远不及从真实世界的测试数据,进而给企业做更多的责任的验证和测试组件。

“会有很多测试当我们按照芯片,”阿尼尔Bhalla)说,高级战略营销经理天体电子学。“这将需要验证设计和制造业务生产解决方案没有缺陷和安全监管标准。汽车将需要使用比消费者更成熟的技术设备,如智能手机。这个测试需要发生在组件和系统级。”

这只是起点。“高安全性的应用程序时将需要额外的测试当我们更好地理解缺陷机制,“Bhalla)说。“这个行业是假设这将基于早期试验工作。更多的试验在更广泛的范围内逐步推广这种新技术的支持。自主驾驶的经济激励整个半导体生态系统进化在这个过渡。”

供应链洗牌
推动自主汽车和先进的电子技术可以追溯到至少部分特斯拉,直到几年前被很大程度上忽略了大多数大型汽车制造商作为一个利基参与者。特斯拉的推出自主驾驶技术改变了这一切,破坏了供应链和质疑已实行几十年的关系。汽车制造商突然疯狂与时俱进,逐步在driver-assisted和全自动的工程。

但是而不是开发从现有的组件,他们开始寻找最好的技术是发达的地方。这不仅仅是一个或两个组件。它需要各式各样的电子内容,包括射频子系统、电源管理单元,电机控制器,传感器的集合,和先进的逻辑,使用cpu、gpu,各种硬件加速器。

此外,许多这些组件正在开发的公司,直到最近没有彼此交互。ASE Yannou回忆最近的一个会议之间建立了一个OEM ASE和一级,法雷奥。“法雷奥人在一开始有点沮丧,因为他们问我在做什么在房间里和我的一个子子子承包商。OEM告诉法雷奥,‘你想和ASE工作,在一起你会做这个集成模块。如果你可以把所有的一侧,然后您可以构建无线模块另一方面通过释放空间第二电路板。“这个项目今天运行。

oem厂商也意识到今天,一起构建一辆车就像装配模块。“当你看看底盘的特斯拉汽车过于简单。只是铝管焊接在一起,大量的电池、电机、电子、就是这样。其他汽车OEMs-especially欧洲的,还有丰田和GMs和福特的世界曾经是内燃机专家。但由于产业是远离这些引擎,情况正在改变。当你想到现在,电池专家或电子专家可以构建一个汽车引擎专家以及像福特、通用、丰田,雷诺、标致、大众、奥迪、宝马。所有这些传统汽车oem担心她们的未来业务,”Yannou说。

,直接影响汽车的新型包装技术的发展。Wirebond仍然是大多数汽车信息娱乐应用程序中使用,如GPS、音频控制器和USB设备,以及单片机用于电动及混合动力汽车、仪表、电源管理系统、和身体系统,包括以太网收发器和室内照明组件。但对于新系统,如ADAS,以及更多的当前信息娱乐,仪表和身体系统,扇出开始显现成效,根据统计的Fontanilla。

此外,这些包开始包括相同的芯片mobilility市场开发。“如今占主导地位的音高,‘如果它适用于智能手机,它为什么不工作在汽车,”“Yannou说。“事实上,经常有非常小——如果没有改变,所以它的工作原理。它只是一种资格这足够长的时间和努力不够。实际上相当强劲的技术。”

这将如何在包装世界并不明显,。

“大型IDMs英飞凌或大型一级年代像大陆倾向于使用成熟的技术,这很好地证明是强劲的汽车像QFP(扁平包),甚至通孔类型的包装、“Yannou说。“他们会避免使用有机基质小袋,地方政府。他们会避免使用QFN因为你没有看到,所以你不能检查焊接连接。这些是有效的原因。小公司可能不敢使用新技术,所以这种震动整个供应链的力量大的球员重新考虑是否继续前进和一些新技术,。”

有关的故事
先进的包装逐渐升温
System-in-package技术将推出多个新市场。
技术讨论:ADAS
什么将会改变在汽车设计的道路上自主车辆。
在先进的包装少了什么
当谈到multi-board multi-chips-on-a-board设计,工程师们所有他们需要的工具吗?
先进的包装成为主流(博客)
经过几十年的工作,现在有很多商业上的成功故事