2012年11月

スマートフォン用SESUBモジュール

さらなる小型・低背化

SESUB(Semiconductor Embedding in SUBstrate:IC内蔵基板)は、TDKとEPCOSのノウハウを応用し、今まででは実現できなかったような多くの機能を小型のモジュールに搭載することを可能にしました。

小型化の趨勢が著しいスマートフォンをはじめとするデバイスでは、近年、消費電力が急激に増加しています。マイクロプロセッサの需要電力の増加だけがこの原因ではなく、さまざまな外部機能のパネル操作も、消費電力上昇の一因となっています。その結果、スマートフォンには、従来と比較してより大きなバッテリが必要とされるようになっており、一方では他の部品の小型化が求められています。


さらに、新世代のモバイル通信規格である“LTE(Long-Term Evolution)”の採用にともない、スマートフォンには既存の2G、3Gネットワークに加えて、別の周波数帯域もカバーする必要が生じています。これにより、SAWフィルタ、デュプレクサ、インダクタ、コンデンサ、パワーアンプなどの部品について、さらなる小型化のニーズが一層高まっています。このため、スマートフォンメーカにおいては、製品サイズや厚さに影響を及ぼすことなく、追加機能をインテグレートする必要があります。こうした背景のもと、部品の小型・低背化が、競争力のある製品を作り出すうえでの決定的な要因の1つになってきました。こうした市場環境のもとで、開発されたのがTDKのSESUB技術です。


SESUB技術による小型モジュール化
SESUBは、厚さ50 µmに薄く研削したICチップ(ベアチップ)を基板内に埋め込むという技術を用いた最先端の基板テクノロジーです。TDKは部品を埋め込むプロセスに関するさまざまな技術を所有しています。ICチップなどを含めた基板全体の厚みは、ちょうど300 µmとなります(図1)。

複数のチップを基板内に並べて埋め込むことで、市場から要求される高機能でコンパクトな次世代製品に適した高い集積度のモジュールを実現することが可能です。また、ICチップの基板内への埋め込みに加えて、他の部品(受動素子や半導体)を基板上に搭載することもできます。将来的には、薄型受動部品を基板内に埋め込むことにより、さらなる高レベル集積度モジュールの実現も期待されます。

図1:SESUB基板の断面図

SESUBは微細配線およびビア接続を用い、4層でトータル厚み300μmを特長とした基板です。また、SESUBは多数の狭ピッチ端子を有するICを埋め込むことができます。


卓越した温度特性と電気的特性
ICを基板内に埋め込むSESUBの構造は良好な放熱性能を有しています。 ICは、熱伝導性に優れた基板材料に全ての面が接触しています。また、おのおのの基板層は、銅の配線およびビアで接続されており、これによって均等かつ効率的な放熱が実現します。電源管理、トランシーバ、プロセッサ、パワーアンプなど、スマートフォンのあらゆる主要部品において、このすぐれた温度性能が特に重要です。パッケージ化されているパワーICと、SESUBに内蔵れた同じICの温度を比較した場合、SESUBに内蔵されたICのほうが約7℃低くなりました。

SESUBの優れた放熱特性により、半導体のコスト削減に貢献できる可能性があります。また、1Cチップが基板内に埋め込まれるSESUBでは、基板内の配線層のシールド効果により、EMCの性能も向上します。SESUBモジュールがコンパクトに設計が可能なこと、また基板層内部の配線長が短いことなどによるすぐれた電気的特性は、システム全体の性能の向上をもたらします。さらには、お客様の設計労力を低減するのみならず、ロバスト設計も簡単に創出できるというメリットも享受できます。

再配線層(RDL)なしのコンパクトなIC設計を実現
ますます狭ピッチ化する半導体の多数のI/O端子を、どのようにプリント基板に配線するかは、今後、より複雑で大規模な課題となってくると予測されています。SESUBはこの課題についても、きわめて効果的なソリューションを提供します。半導体業界は、製造プロセスのさらなる微細化により、新たな技術領域の開拓に向けて着実に取り組んでいます。RFアプリケーションのトレンドは、65 nmから40 nmに移り、プロセッサについても28 nmまで微細化しています。これは、ICチップの接続点がより小さくなることを意味しています(80 µmまたは50 µmのパッドピッチ)。

半導体チップの標準的ソリューションでは、これらの狭パッドをスマートフォンのプリント基板の非常に大きなパッドピッチ(350 µmから500 µm)に接続するために再配線層(RDL)を利用します。SESUBでは、このような再配線の機能を基板内に最初から組み込んでいるのでコストダウンが図れます(図2)。これは極薄型基板材料、微細配線とビア接続技術ににより実現されました。また、RDLなしにIC設計ができることにより、結果的にICの小型化も達成され、さらにはモジュールやSIPをきわめてコンパクトにまとめることも可能となります。とりわけ挿入高は約35%も縮小できます(例:1.55 mmだった場合、1.0 mm未満にすることも可能です)。これにより、SESUBは高性能ICを含む小型モジュールソリューションに対応する理想的な3Dプラットフォームとなります。

図2:SESUBモジュールは再配線層(RDL)を不要にして小型化を実現する

通常の半導体チップ(左)ではIC回路がI/Oを備える最上層に位置しています。I/Oと底部のBGA層を接続させるため、間には複数の再配線層が必要となります。一方、SESUBモジュール(右)では基板内部にIC回路が組み込まれており、I/Oもここを通じて底部のBGAに適切に配線されます。


多目的な小型・高機能プラットフォームとして
SESUB技術により最初に開発されたモジュールの1つは、小型化された電源管理ユニット(PMU)であり、これは携帯電話やコンシューマ用小型電子機器向けに設計されました(図3)。この小型モジュールの心臓部には、2枚のICチップが内蔵されており、これによりスマートフォンのすべての電源機能を制御する形式になっています。小型モジュールの床面積は11 mm × 11 mmで、ディスクリートのソリューションと比較して60%の小型化が実現しています。その高さはスマートフォンの薄型設計のニーズに合わせ、シールドを含めて1.63 mmと低背です。
このモジュールの機能としては次のものがあります。

– 4.4 MHz降圧コンバータ:5チャンネル
– 最大4 Aのバッテリチャージャー(バイパス機能付)
– カメラフラッシュLED(最大2A)/USB on-the-go用昇圧方コンバータ
– 低ノイズ、高PSRR(電源除去比)ボルテージレギュレータ:23チャンネル
– 32 kHz水晶振動子内蔵リアルタイムクロック
– 19.2 MHz/26.0 MHzクロック発振器:5チャンネル

図3:SESUB技術による小型電源管理モジュール

Miniaturized PMU modules contain two embedded ICs to control all the power functions of a smartphone.

SESUBテクノロジで開発された他のモジュールとしては、無線LAN、Bluetooth、FMラジオ、GPS機能を一体化し、すぐれたEMC特性を実現した超小型のクワッドバンド・コネクティビティモジュールがあります。

図4(左)は、無線通信用ICが上部に搭載されたラミネート基板を用いたモジュールを示しています。一方、図4(右)のSESUBモジュールでは、このICが基板内に埋め込まれています(フロントエンドモジュール、高周波フィルタ、SMD部品などはモジュールの上部に搭載されています)。SESUBモジュールのサイズは8.5 × 7.0 × 1.4 mmと、きわめて低背かつ床面積が小さいのが特長で、従来のラミネートテクノロジーと比較して、45%以上の小型化が達成されています。

図4:クワッドバンド・コネクティビティモジュール

無線LAN、Bluetooth、FMラジオ、GPSに対応した新しいクワッドバンド・コネクティビティモジュールには、SESUB技術により無線通信用ICが基板内に内蔵されています(フロントエンドモジュールや受動部品などは上部に搭載されています)。

ダウンロード

分割する

テーマについての詳細

 

私たちのウェブサイトは最高可能なサービスを提供するためにさまざまなクッキーを使用しています。私たちのウェブサイトでのクッキーの使用および注意事項や無効にするための可能性についての情報は私たちの情報ページをご覧ください。あなたの同意により、あなたはクッキーの使用についての情報を読まれたこと、そしてそれに同意されることを確認されることになります。データ保護のテーマについて私たちの詳細情報にも注意してください。