Da elektronische Schaltkreise immer kleiner und mehr Komponenten integriert werden, spielt das Gehäuse, das sie umschließt und schützt, eine zunehmend wichtigere Rolle. 

21 Juni, 2021
 

Unsere einzigartige Kombination aus Forschung und Entwicklungs-Know-how in den Bereichen Gehäusetechnik, Produktdesign, der Entwicklung neuer Technologien und der Herstellung, ermöglicht es unseren Kunden, ihre Produkte zu differenzieren. Dabei können Sie auf unsere integrierten Chips mit kleinem Formfaktor zurückgreifen, um Ihre Entwicklungen zuverlässiger und leistungsfähiger, und Elektronikanwendungen erschwinglicher zu machen.

In vielen Anwendungen wie beispielsweise medizinischen Geräten oder Fertigungsautomatisierung ermöglichen es Innovationen in der Chip-Gehäusetechnik, kleinere, schnellere und zuverlässigere Chips zu entwickeln, die sich durch besondere Leistungsfähigkeit, größere Stromeffizienz und niedrige Kosten auszeichnen.

„Das Gehäuse ist die Verbindung, über die elektrische Schaltkreise mit ihrer Umgebung interagieren können“, erklärt Anindya Poddar, Direktor für Forschung und Entwicklung der Gehäuseabteilung unserer Firma. 

„Egal, ob Sie an Ihrem Flatscreen-TV fernsehen, mit Ihren intelligenten Kopfhörern Musik hören, die Vorteile der Effizienz von Maschinen in einer automatisierten Fabrikumgebung nutzen oder ein autonomes Fahrzeug fahren, Dinge die wir gerne tun, werden erst durch die Miniaturisierung und Integration verbesserter Gehäusetechnik möglich gemacht.“

Halbleiter-Gehäuse umhüllen digitale Schaltkreise und verbinden sie mit den Leiterplatten, wo sie mit anderen Systemkomponenten interagieren. Es gibt Tausende verschiedener Gehäusetypen.

Elektronik begleitet unseren Alltag, und immer mehr mechanische Systeme werden durch elektronische ersetzt.

„Jedes elektronische Gerät hat andere Anforderungen“, erklärt Sreenivasan Koduri, ein TI-Fellow, der im Bereich Packaging-Technologie arbeitet. „Chips, die für Anwendungen im Weltraum genutzt werden sollen, haben andere Anforderungen als ein Industrieroboter, Server in einem Rechenzentrum, Ihr Telefon, Ihre Waschmaschine oder Elektrofahrzeuge. Es gibt kein Universalkonzept.“

Um ein derart breitgefächertes Angebot an Gehäuseoptionen bieten zu können, muss man über den Tellerrand hinausblicken.

Unser Unternehmen stützt sich dabei auf unser hauseigenes Forschungs- und Entwicklungs-Know-how in den Bereichen Packaging, Produktdesign, Technologieentwicklung und Fertigung. So schaffen wir es, einzigartige Vorteile für Verbesserungen im Bereich Packaging-Technologie zu nutzen.

Miniaturisierung

Bevor Jack Kilby im Jahr 1958 den ersten integrierten Schaltkreis erfand, wurden Elektronikbausteine in Glas- oder Metallrohre verpackt, da diese Materialien der durch Verlustleistung erzeugten hohen Wärmeentwicklung standhalten konnten. In den Jahrzehnten seit Jacks Durchbruch ist viel geschehen. Halbleiter sind allgegenwärtig geworden, denn mit jeder neuen Generation von Halbleitern wurden diese erschwinglicher und konnten so in Elektronikanwendungen überall eingesetzt werden. Der Fokus war auf die Fähigkeiten der Schaltungen gerichtet; die Kunststoffgehäuse, die sie umgaben spielten dabei zunächst eine untergeordnete Rolle.

Dies ist nicht länger der Fall. Gehäuse-Technologie ist als Unterscheidungsmerkmal in der Halbleitertechnologie wichtiger denn je, da die Wahl des richtigen Gehäuses Vorteile bringen kann. Entscheidungen zur Wahl des Gehäuses werden gleich zu Beginn des Entwicklungsprozesses getroffen, um sicherzugehen, dass die zu verwendenden Bausteine die Anforderungen der Entwickler bezüglich Formfaktor, Leistungsdichte, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erfüllen.

Entwickler wünschen sich heutzutage kleinere Gehäuse, die höhere Leistung verarbeiten und dabei gleichzeitig den empfindlichen Schaltkreis schützen. Einige der industrieweit kleinsten integrierten Schaltkreise unterstützen Ingenieure bei der Entwicklung immer kleinerer Designs für Wearables für die Überwachung von Patienten, kleinste Mikrofone für sprachgestützte Systeme, und winzige Kopfhörer mit extrem kleinen Temperatursensoren.

Ein Gehäuse besteht typischerweise aus einem integrierten Schaltkreis und Bond-Drähten, die die Verbindung mit den Kontaktleitungen herstellen, welche das Gehäuse auf einer Leiterplatte befestigen.

Wir bieten den aktuell branchenweit kleinsten Operationsverstärker, mit weniger als einem Quadratmillimeter Größe, in Kombination mit dem kleinsten digitalen Temperatursensor, Ethernet PHY-Transceiver und isoliertem CAN-Transceiver – um nur einige zu nennen. Von TI entwickelte Innovationen in der Gehäusetechnologie ermöglichen integrierte Schaltkreise wie diese – einige kleiner als ein Pfefferkorn. Mit unseren winzigen Produkten können Entwickler die Lösungsgröße – und oft auch die Kosten – ihrer Entwicklungen reduzieren, oder, bei gleicher Größe, mehr Funktionen bieten, ohne dabei Kompromisse in den Bereichen Leistung und Zuverlässigkeit eingehen zu müssen.

„Die Herausforderung bei der Miniaturisierung liegt in der erhöten Leistungsdichte“, so Anindya. „Das Gehäuse ist entscheidend wenn es darum geht, höhere Anforderungen an Umbegungstemperatur und Leistungsdichte zu erfüllen, und damit die Produkte unserer Kunden sicher, zuverlässig und immer wieder in allen möglichen Elektronikanwendungen implementiert werden können.”

Integration

Durch die Integration von mehr als einem Chip in einem einzelnen Gehäuse – zusammen mit Komponenten wie Spulen, Kondensatoren, Isolationsbarrieren und Sensoren – , können die Gesamtgröße verringert, Systemkosten reduziert, die Schnelligkeit und Effizienz des Schaltkreises verbessert und die Zuverlässigkeit des Systems erhöht werden.

„Die Integration dieser Komponenten erlaubt den Entwicklern innovative Entwicklungen, die nicht möglich wären, wenn es nur einen Chip in einem Gehäuse gäbe”, sagt Sreenivasan. „Integration – ermöglicht durch Gehäuse-Technologie – hat eine Welt voller neuer Möglichkeiten eröffnet.”

Für den Automobilmarkt, zum Beispiel, gibt es den branchenweit ersten für die Automobilindustrie zugelassenen Gallium-Nitrid (GaN)-Baustein, der im On-Board-Ladesystemen in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden kann. Dieser Baustein integriert einen GaN-on-Silicon Feldeffekttransistor (FET) mit einem ultraschnellen Silizium-Gate-Treiber und bietet Kunden eine einfache Möglichkeit zur Integration eines Schalters, Controllers und verschiedener Schutzschaltungen auf einem einzelnen Chip. Der Chip befindet sich in einem thermisch optimierten Gehäuse und eignet sich damit sehr gut höheren Spannungen standzuhalten. Durch die vollständige Integration der GaN Technologie in den Fertigungsprozess, bietet TIs GaN-auf-Siliziumsubstrat einen Kostenvorteil gegenüber Substraten wie Siliziumcarbid.

Um Enwicklungsingenieure bei Ihrer Arbeit mit einer wachsenden Anzahl an Powerdomänen in Industriekommunikationsanwendungen zu unterstützen, hat unser Unternehmen einen vierkanaligen Digitalisolator mit einem Chip-Scale-Transformator integriert, um galvanisch getrennte Spannungsversorgungen mit isolierten Signalen in einem einzelnen Gehäuse mit sehr kleinem Formfaktor zu bieten. Zusätzlich zu einer Reduzierung der Platinengröße um 30% im Vergleich zu diskreten Signal- und Leistungsisolierungslösungen bietet diese Art der Integration bessere Systemleistung und erleichtert die Zertifizierung des fertigen Produkts, durch die geringe leitungsgebundene und abgestrahlte Störemission.

Unsere neueste Millimeterwellen-Technologie bietet die direkte Integration der Antenne am Gehäuse, wodurch Entwicklungskosten gespart werden können. Dem Kunden bietet dies den Vorteil eines äußerst kleinen Formfaktors und die Möglichkeit, Sensoren flexibel an ganz neuen Orten, wie zum Beispiel Türgriffen zu platzieren. Unsere Millimeterwellen-Neuheit bietet System-on-Chip-Radartechnologie zur Erfassung von 3D-Objekten um das Fahrzeug, Belegungserkennung und Sicherheitsfunktionen für ein breites Spektrum von Fahrzeugen.

Verbesserung der Spezifikationen

Die Grenze zwischen Chip- und Gehäuse-Entwicklung – einst zwei ganz verschiedene Prozesse – ist aufgrund der wachsenden Bedeutung der Chip-Gehäuse-Technologie fast verschwunden.

„Gehäuse wurden als passive Elemente zur Verpackung des Schaltkreises angesehen, aber die Bedeutung von Gehäuse-Technologie hat sich mit der Zeit verändert”, erklärt Sreenivasan. „Jetzt dienen Gehäuse in vielen Fällen nicht nur der Unterstützung, Kontakierung und dem Schutz des Die, sondern unterstützen auch dessen Funktionalität. Gehäuse-Technologie verbessert die Spezifikationen des Bausteins.“

Und integrierte Miniatur-Gehäuse werden unser Leben, Lernen und unsere Arbeit weiterhin verbessern.

„Gehäuse-Technologie bietet die Möglichkeit, mehr Funktionen auf kleinerem Raum zu implementieren und schafft für die Menschen, die unsere Produkte nutzen, einen Mehrwert“, so Anindya. “Integration und Miniaturisierung – zusammen mit erstklassigen Produktionsverfahren – schaffen Chancen für Neuerungen und machen Elektronikanwendungen zugleich erschwinglicher für alle.”

Aus Leidenschaft für eine bessere Welt

Die Unterstützung unserer Kunden bei der Entwicklung und Produktion kleinerer, schnellerer und zuverlässigerer Produkte, die sich durch hohe Leistungsfähigkeit, bessere Energie-Effizienz und geringere Kosten auszeichnen, ist ein Beispiel dafür, wie die Innovatoren von TI die Leidenschaft unseres Unternehmens leben und durch Halbleiter-Technologie erschwinglichere Elektronik für eine bessere Welt schaffen. Mit jeder Generation von Innovation wird unsere Technologie kleiner, effizienter, zuverlässiger und erschwinglicher, neue Märkte eröffnen sich und Halbleiter können in Elektroniklösungen in allen Bereichen weltweit eingesetzt werden. Für uns bei TI ist dies der wahre technische Fortschritt. Dabei können wir auf unsere jahrzehntelange Erfahrung aufbauen.