Kata Pengantar Pemimpin Redaksi

Pada tahun 2020, kita bersama-sama mengalami pandemi global epidemi COVID-19. Hampir 2 juta orang meninggal dunia dengan tenang. Menghormati kehidupan, menghormati sains, dan bersatu untuk melawan epidemi telah menjadi konsensus internasional. Karantina Wuhan, banjir besar di Sungai Yangtze, kebakaran hutan di Australia, wabah belalang di Afrika, dan pecahnya perang sengit di wilayah Nagorno-Karabakh semuanya masih terbayang jelas dalam ingatan kita. Dapat dikatakan bahwa 2020 adalah tahun bencana besar; tetapi ini bukanlah segalanya. Pada tahun 2020, kita juga menyaksikan penandatanganan kerja sama perdagangan bebas regional RCEP oleh 15 negara Asia-Pasifik, yang meningkatkan kepercayaan ekonomi dunia, SpaceX mencapai penerbangan luar angkasa berawak komersial pertama, dan misi Chang'e-5 mencapai kesuksesan penuh. Pada saat ekonomi dunia sangat terdampak, Tiongkok menjadi satu-satunya ekonomi besar yang mencapai pertumbuhan positif. Sebagai mesin pemulihan ekonomi, industri semikonduktor juga berani memikul tanggung jawabnya di tahun 2020 dan mencapai hasil yang luar biasa: di tahun 5G, chip 5nm 5G diluncurkan dengan kuat, dan Apple meluncurkan A14 Bionic menggunakan proses 5nm TSMC, mengintegrasikan 11.8 miliar transistor. Sejak itu, Huawei dan Samsung juga telah merilis seri Kirin 9000 dan Exyon 1080. Eksplorasi dan implementasi EDA di cloud, vendor perangkat lunak EDA, perusahaan desain IC, dan foundry bekerja sama dan mempromosikannya, dapat beradaptasi dengan kebutuhan penggunaan alat EDA, memiliki penjadwalan daya komputasi cerdas otomatis skala besar, dan sumber daya cloud yang besar untuk menyediakan dukungan daya komputasi elastis, secara langsung meningkatkan siklus penelitian dan pengembangan serta tingkat hasil chip, dan mengurangi biaya desain chip. Teknologi pengemasan canggih 3D terus meningkat, menembus hambatan Hukum Moore. Teknologi ini memiliki keunggulan yang jelas dalam hal integrasi, kinerja, konsumsi daya, dan lain-lain. Samsung mengumumkan tahun ini bahwa teknologi pengemasan X-Cube3D barunya siap digunakan... Tentu saja, sebagai bintang yang sedang naik daun di bidang semikonduktor, semikonduktor generasi ketiga dan semikonduktor majemuk lainnya juga telah menarik banyak perhatian dan memiliki banyak keunggulan. Silakan lihat tampilan menakjubkan dari perusahaan semikonduktor Belgia, Cissoid, di bawah ini!

    Wawancara eksklusif "Semikonduktor Majemuk" dengan Dr. Luo Ningsheng, Manajer Umum Cissoid China.          

Dr. Luo Ningsheng saat ini menjabat sebagai Manajer Umum China di perusahaan Cissoid Belgia. Sebelumnya, beliau bekerja di bidang manajemen pasar dan bisnis semikonduktor untuk sejumlah perusahaan semikonduktor Eropa dan Amerika, terutama bertanggung jawab atas pasar dan bisnis China dan Asia-Pasifik. Perusahaan-perusahaan tersebut termasuk Synaptics (NASDAQ: SYNA) di Amerika Serikat, Silicon Data di Amerika Serikat, PicoChip di Inggris, dan Innovative Micro Technology di Amerika Serikat. Beliau menerima gelar PhD dari Institut Fisika Teknik Shanghai, Akademi Ilmu Pengetahuan China, dan kemudian menghabiskan bertahun-tahun sebagai peneliti tamu di Eropa dan Amerika Serikat yang terlibat dalam penelitian fisika material, termasuk penelitian fisika permukaan padat di Institut Max Planck untuk Dinamika Fluida di Göttingen, Jerman, dan penelitian nanomaterial semikonduktor di Departemen Fisika di Universitas Louisville di Amerika Serikat.

T: Tahun 2021 akan segera tiba. Menjelang tahun baru, bagaimana Anda melihat perkembangan dan perubahan industri semikonduktor majemuk, dan apa kesimpulan serta wawasan Anda tentang tahun 2020? J: Mengikuti jejak Tesla, pada tahun 2020, ketika BYD memimpin peluncuran resmi kendaraan listrik yang digerakkan oleh SiC MOSFET di Tiongkok, produsen kendaraan listrik utama juga semakin memperhatikan penerapan SiC dalam kendaraan listrik. Dalam hal OBC, DC-DC, dan tiang pengisian daya, SiC MOSFET kelas bawah umumnya dapat digunakan, yang dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi volume serta berat sambil menjaga biaya tetap relatif rendah. Untuk aplikasi penggerak motor, untuk mengejar efisiensi setinggi mungkin dan kehilangan panas terendah, SiC MOSFET kelas atas (yaitu, resistansi internal relatif kecil) cenderung digunakan. Dalam hal motor kendaraan listrik, industri secara umum telah mengkonfirmasi bahwa penggantian IGBT tradisional dengan MOSFET SiC dapat meningkatkan efisiensi energi kendaraan secara keseluruhan sebesar 5-10%, yang berarti dapat meningkatkan jarak tempuh sebesar 5-10% dalam kondisi paket baterai yang sama, yang cukup menarik. Tahun 2021 akan menjadi tahun di mana aplikasi SiC di bidang kendaraan listrik mulai meledak, karena kekurangan pasokan skala besar tahun ini merupakan pertanda. Selain itu, GaN juga telah berkembang sangat baik baru-baru ini, dan kinerja utamanya adalah pada pengisi daya cepat untuk perangkat seluler. Karena melibatkan aplikasi elektronik konsumen, permintaannya akan sangat besar, sehingga pengiriman GaN akan segera melampaui perangkat SiC dengan selisih yang signifikan.

T: Dengan perkembangan pesat 5G, kendaraan energi baru, big data, AI, IoT, dan bidang teknologi lainnya, akan muncul banyak peluang bagi semikonduktor majemuk. Tantangan dan peluang apa yang menurut Anda dihadapi oleh semikonduktor majemuk? Semikonduktor majemuk (SiC dan GaN) sebagai perangkat semikonduktor baru yang ingin menggantikan perangkat Si tradisional, tantangan terbesarnya adalah pengendalian biaya, yang meliputi pengendalian hasil produksi dan skala produksi. Hanya dengan terus meningkatkan tingkat hasil produksi dan memperluas skala produksi, biaya dapat secara bertahap dikurangi, sehingga mendapatkan aplikasi yang luas di pasar. Tantangan juga merupakan peluang, dan ini juga merupakan titik penting bagi berbagai produsen semikonduktor majemuk untuk menang dan mendapatkan pangsa pasar.

T: Silikon karbida (SiC) adalah material dengan prospek pengembangan yang besar, terutama dalam aplikasi elektronika daya dan perangkat frekuensi radio gelombang mikro. Saat ini, material ini mendapat perhatian besar. Bagaimana perusahaan Anda memandang perkembangan pasar silikon karbida? Bagaimana cara mempromosikan peningkatan dan pengembangan material silikon karbida? J:

Seiring dengan semakin matang dan populernya semikonduktor generasi ketiga seperti perangkat semikonduktor daya SiC, pada tahap awal, perangkat ini akan menggantikan perangkat Si dalam berbagai aplikasi. Namun, pada tahap selanjutnya, perangkat ini akan secara aktif memanfaatkan keunggulan kinerjanya untuk menciptakan banyak aplikasi baru, yaitu, akan terlibat dalam aplikasi yang sebelumnya tidak dapat diakses oleh perangkat Si. Misalnya, ketahanan suhu tinggi yang melekat pada SiC sangat cocok dengan perangkat semikonduktor suhu tinggi Cissoid, yang akan sangat mengubah pola desain sistem daya dan memberikan ruang ekspansi baru dan luas bagi para insinyur desain. Aplikasi suhu tinggi dan kepadatan daya tinggi di masa depan yang umum ini meliputi sistem penggerak kendaraan listrik yang terintegrasi secara mendalam, pesawat multi-listrik dan pesawat listrik sepenuhnya, bahkan pesawat listrik, stasiun pengisian daya penyimpanan energi bergerak dan bank daya, serta berbagai aplikasi daya di mana pendinginan cairan sangat terbatas. 

Sistem penggerak kendaraan listrik (motor, kontrol elektronik, dan gearbox) telah bergerak menuju tiga-dalam-satu, tetapi saat ini hanya tersusun secara struktural, yang merupakan integrasi yang lemah. Secara struktural, di masa depan, integrasi mendalam dari sistem penggerak merupakan jalan yang tak terhindarkan, karena hal ini dapat mengurangi volume sekitar sepertiga, berat sekitar sepertiga, dan konsumsi internal sekitar sepertiga, serta dapat mengurangi total biaya hingga 2 hingga 4 kali lipat. Namun, bagian kontrol elektronik akan terintegrasi erat dengan motor, dan integrasi mendalam akan sangat meningkatkan kepadatan daya. Suhu tinggi adalah tantangan terbesar yang tidak dapat dihindari.

Pada pesawat terbang tradisional, aksi mekanis yang mengendalikan kemudi ekor, sayap, roda pendaratan, dll., bergantung pada transmisi hidrolik klasik. Sebagai cairan, oli hidrolik sangat dipengaruhi oleh lingkungan dan memiliki biaya perawatan yang tinggi. Saat ini, terdapat tren menuju elektrifikasi sebagian atau seluruhnya, yang merupakan konsep pesawat multi-listrik dan pesawat listrik sepenuhnya. Penggunaan motor listrik sebagai pengganti sirkuit oli hidrolik pada pesawat untuk mencapai operasi mekanis memiliki keandalan tinggi, kemudahan perawatan yang kuat, dan memfasilitasi desain cadangan redundan. Namun, dilema terbesar adalah bahwa motor dan kontrol elektronik pada pesawat tidak diperbolehkan dilengkapi dengan pendingin air, dan hanya dapat mengandalkan pendinginan udara paksa dan pendinginan alami. Oleh karena itu, untuk mewujudkan desain kontrol elektronik pesawat multi-listrik atau pesawat listrik sepenuhnya, atau bahkan pesawat listrik, masalah teknis utama yang perlu dipecahkan terlebih dahulu adalah suhu tinggi. 

Selain itu, terdapat banyak skenario aplikasi, terutama dengan semakin populernya kendaraan listrik secara besar-besaran, stasiun pengisian daya penyimpanan energi semi-mobile dan power bank mobile sepenuhnya akan secara efektif mengisi celah dalam pengisian daya tetap pada skenario tertentu. Namun, untuk jenis aplikasi pengisian daya mobile ini, mekanisme pendinginan air tidak hanya akan menambah beban berat dan volume, tetapi yang lebih penting, ia mengkonsumsi energi listrik yang tersimpan. Oleh karena itu, pendinginan alami akan menjadi cara terbaik untuk kontrol elektronik, tetapi masalah manajemen termal dari sistem kontrol elektronik harus ditangani dengan benar.

Selain tiga aplikasi suhu tinggi umum di atas, dalam banyak aplikasi industri khusus di mana pendinginan cairan sangat terbatas, sistem kontrol elektronik akan menghadapi tantangan suhu tinggi yang sama. Teknologi kontrol listrik suhu tinggi adalah kunci untuk mewujudkan aplikasi suhu tinggi di atas. Teknologi implementasi intinya adalah teknologi pengemasan suhu tinggi perangkat daya SiC dan teknologi sirkuit penggerak suhu tinggi yang sesuai.

Material SiC dan struktur perangkatnya memiliki ketahanan suhu tinggi yang melekat, dan bahkan dapat menahan suhu 400 hingga 600°C dalam kondisi vakum. Dalam aplikasi praktis, untuk mencegah oksidasi yang disebabkan oleh paparan udara, perangkat SiC harus dikemas, dan jika ingin tahan terhadap suhu tinggi, mereka harus menggunakan kemasan tahan suhu tinggi. Suhu sambungan 150°C saat ini merupakan standar tertinggi di industri. Tingkat suhu sambungan 175°C baru mulai terungkap. Ada kemasan semi-standar yang dapat digunakan. Kemasan dengan suhu 200°C atau lebih tinggi memiliki persyaratan yang sangat ketat pada material dan proses pengemasan, dan harus disesuaikan sesuai dengan karakteristik chip telanjang untuk memastikan persyaratan konduktivitas termal dan kinerja pembuangan panas.

Penerapan perangkat dan modul daya SiC tidak dapat dipisahkan dari sirkuit penggerak dan chip yang sesuai. Namun, sebagian besar chip sirkuit penggerak adalah perangkat silikon biasa dan tidak tahan terhadap suhu tinggi. Jika mereka dapat bekerja pada suhu tinggi seperti 175°C selama 1,000 jam, itu sudah sangat jarang. Selain itu, ketahanan suhu tinggi hanyalah salah satu aspek masalah. Yang lebih serius adalah konsistensi kinerja perangkat pada suhu tinggi. Kinerja perangkat silikon biasa melemah sangat cepat di atas 70°C, sehingga tidak dapat digunakan pada suhu tinggi. Setelah lebih dari 20 tahun penelitian dan pengembangan inovatif serta pengujian aplikasi, perangkat silikon khusus SOI Cissoid telah mencapai ketahanan suhu tinggi 175°C dan dapat beroperasi terus menerus selama 15 tahun. Kinerjanya memiliki konsistensi yang sangat baik di seluruh rentang suhu dan merupakan pilar yang mendukung aplikasi suhu tinggi SiC.

T: Mohon bagikan pandangan Anda tentang bagaimana industri semikonduktor majemuk Tiongkok harus belajar dari pengalaman internasional dan mempercepat pengembangan industri. J: Meskipun Tiongkok memulai terlambat di bidang semikonduktor majemuk dan tertinggal dari negara-negara asing, bidang ini sangat cocok untuk mencapai perkembangan pesat di Tiongkok. Ada tiga alasan utama. Pertama, proses semikonduktor majemuk pada dasarnya berada pada tingkat mikron. Dari material hingga peralatan, terdapat dukungan rantai industri domestik yang lengkap, dan mereka tidak akan terlalu dibatasi oleh kebutuhan untuk mengimpor peralatan manufaktur skala nano yang halus (terutama mesin fotolitografi). Kedua, struktur perangkat semikonduktor majemuk relatif sederhana dan tidak memerlukan dukungan EDA tingkat atas yang sangat kompleks. Hal ini juga menghilangkan batasan serius yang disebabkan oleh kebutuhan impor. Ketiga, Tiongkok memiliki pasar aplikasi yang luas dan besar. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa semikonduktor majemuk akan menjadi salah satu terobosan penting untuk peningkatan industri semikonduktor Tiongkok secara keseluruhan. Dalam beberapa tahun terakhir, negara ini telah memberikan perhatian besar pada industri manufaktur semikonduktor dan telah banyak berinvestasi. Puluhan pabrik wafer telah didirikan, diperluas, atau dibangun. Terutama baru-baru ini, beberapa orang di industri ini menyerukan agar pengolahan sistem mikroelektronik diperlakukan sebagai disiplin ilmu yang terpisah. Ini adalah fenomena yang sangat baik. Namun, jika melihat pabrik wafer domestik, semuanya memiliki pabrik dan peralatan baru, dan investasinya sangat besar. Yang paling kurang adalah talenta di bidang pengembangan proses, dan sistem untuk akumulasi talenta dalam proses pemeliharaan. Pengolahan mekanis tradisional, seperti mesin bubut, mesin penggiling, dan mesin las, memiliki sistem pengrajin multi-level yang terkait dengan tunjangan dan subsidi untuk mempromosikan dan mempertahankan pengembangan profesi. Industri pengolahan sistem mikroelektronik yang penting seperti ini seharusnya memiliki sistem pelatihan talenta yang lebih komprehensif.