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近年来,随着柔性屏幕、触控技术和全息技术在消费电子领域的应用日益广泛,智能手机、平板电脑等智能终端功能越来越多样化。加上可穿戴设备的兴起、汽车电子的发展、通信设备的微型化,设备内部印制电路板所需搭载的半导体器件数大幅,而在性能不断的同时,质量和厚度却要求轻便、超薄。有限的物理空间加上大量的器件需求,对电子元器件的小型化、薄型化以及高精度、高可靠性提出了更高的要求,各个领域元器件小型化的需求日益高涨。小型化不仅是过去几年的发展方向,也是将来的趋势。
谈到元器件的小型化,我们就不得不提为此作出杰出贡献的罗姆半导体(ROHM,以下简称“罗姆”)。罗姆是日本的元器件企业之一,坐落在日本的“硅谷”--京都。了解物理的人都知道,“ohm”是物理学中电阻的单位Ω(欧姆),而罗姆的名字就起源于此。罗姆由最初生产电阻等电子零部件起家,经过半个多世纪的发展,已成长为全球知名的半导体公司。
在近期举办的第十六届高交会电子展上(ELEXCON 2014)上,罗姆半导体携众多能够满足市场需求的最新型关键元器件及技术亮相,展示了其在功率元器件、模拟电源、通信解决方案、传感解决方案、技术融、LED智能照明解决方案、汽车电子、ASSP/通用产品&模块产品和分立产品的小型化技术创新。
高交会罗姆半导体展台
分立元器件:突破极限 全球最小
顺应市场需求,罗姆对于产品的小型化有着追求,很多全球最小的产品都是从罗姆开始的。在分立产品的小型化创新展区,罗姆展示了已经量产的03015尺寸(0.3mm×0.15mm)贴片电阻器。据罗姆现场工程师介绍,与一直被称为微细化界限的0402尺寸(0.4mm×0.2 mm)产品相比,此款产品的尺寸成功缩小了44%,芯片精度从±20μm 提高±5μm。由于这种电阻器看起来像沙粒,罗姆还展示了使用 50 万个芯片电阻器的“沙漏”,以展示其达到了细如沙的微细化极限。
据介绍,罗姆不断打破常规技术,更微型的0201尺寸(0.25mm×0.125mm)的贴片电阻正在研发中。除了电阻器之外,罗姆同时还开发了均为世界最小级别的CMOS LDO(引脚间距0.35mm)、齐纳二极管、肖特二极管(0402尺寸)、钽电容器(1005尺寸)和过流保护元件(1005尺寸)。
罗姆部分全球最小元器件
电子元器件的不断小型化为各领域的设备小型化做出了突出的贡献,但也面临诸多技术难题。随着器件越做越小,精度控制的难度大幅提高,性能难以保证;元器件越小,切割和焊接难度越高,对产品研发和外围设备的更新都提出了全新的挑战,这也是小型化器件从生产到应用的一大门槛。那么罗姆是如何不断突破极限的呢?
现场工程师告诉OFweek电子工程网编辑,小型化的实现主要是结了罗姆在分立器件和IC方面的技术,打破传统的电阻制造工艺,通过独创的微细化技术开发出制造系统,改进切割方法,不断提高尺寸精度。同时,罗姆小型化电阻器还采用了耐腐蚀性能的金电极表面,提高了焊料的润湿性,使安装更为稳定。为了解决小型化器件给贴装带来的困难,罗姆还与贴片机生产厂商密切作,共同开发贴片技术,使小型化的元器件贴装准确度达到。
功率元器件:后发制人 发力SiC市场
功率元器件的作用是转换直流与交流、通过变压等方式高效控制电力,用于充电装置和马达。如今,随着汽车、工业机械、铁路车辆、光伏和风电等领域发展越来越迅猛,对节能的需求也越来越高,如何提高功率元器件利用效率已变得关重要,碳化硅(SiC)电力电子器件发挥了重要的推动作用。
虽然是功率元器件领域的后起之秀,罗姆如今已经在SiC半导体领域取得了业界瞩目的成就。在功率元器件展区,罗姆此次就重点展示了第2代SiC肖特基势垒二极管、SiC功率模块(BSM120D12P2C005和BSM180D12P2C101 )和第2代SiC-MOSFET。
现场工程师向OFweek电子工程网编辑介绍说,普通硅材质元器件的功率在900V的时候,性能已基本达到极限,而SiC的产品将它到了1200V、1700V,甚更高的3300V。罗姆的第2代SiC-MOSFET与Si-IGBT相比,开关损耗降低73%,可以降低功耗、提高效率,广泛应用在新能源汽车和光伏等新兴市场。为了解决小型化与大功率之间的矛盾,罗姆的SiC-MOSFET技术会在第2代的基础上向第3代发展,可以实现相同尺寸的芯片功率容量一倍。
无线通信领域的“三无产品”:无线、无电池、无局限
针对智能家居等领域,罗姆的智能传感和智能无线技术在此次展会上大放异彩,展出了无需电池的EnOcean无线通信模块。
据介绍,EnOcean是由原西门子员工于2001年创办的一家提供半导体产品的无厂风险企业。推动EnOcean技术开发的行业团体“EnOcean Alliance”在全球拥有300多家成员企业,罗姆是家来自亚洲的发起者。
EnOcean技术是专为传感器网络开发的,通信所需能量远远小于其他无线通信技术。EnOcean不仅能耗小,还具备其他无线通信技术没有的特点--利用了能量采集(环境发电)技术,能够把动作、振动、温度、光等转化而来的能量用于无线通信。作为超低功耗的罗姆无线解决方案,在世界上取得标准规范,目前还处于小规模研发试验阶段,在日本的一些不允许开墙布线的古建筑如寺庙中已经得到应用。让家居产品摆脱线材束缚的同时更加节约电能,其应用范围包括但不限于照明、空调控制、HEMS、BEMS和安防监控等。
元器件的小型化在进入纳米尺度后,功耗带来的挑战也日益突出,已成为元器件发展的核心问题。为此,罗姆此次展出的16位超低功耗微控制器ML620500系列产品,适用于以要求高速处理且低功耗的工业设备和住宅设备为首的电池驱动设备和消费电子设备;支持Bluetooth v4.0 Low Energy的无线通信LSI ML7105是低功耗RF设计技术的革新,适用于运动健身器材、医疗设备和各种遥控器。
在半个多世纪的发展中,罗姆半导体一直将质量放在首位,企业在变大变强,但在元器件的尺寸和产品的功耗上有着“小”追求和“低”要求。
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