みなさん はじめまして。第一技術部 基板設計課の稲岡です。
5/14の木戸さんのWTIブログ『特性インピーダンスと基板設計』にて、基板の種類や製造工法（サブトラクティブ法、セミアディティブ法など）などで、配線幅や層間の設計値と仕上がり値が異なることのお話しをしました。（当社の基板レイアウト設計受託サービスはコチラ）
今回は基板にはどんな種類があるのかをお話しします。
みなさん はじめまして。第一技術部 基板設計課の稲岡です。
5/14の木戸さんのWTIブログ『特性インピーダンスと基板設計』にて、基板の種類や製造工法（サブトラクティブ法、セミアディティブ法など）などで、配線幅や層間の設計値と仕上がり値が異なることのお話しをしました。（当社の基板レイアウト設計受託サービスはコチラ）
今回は基板にはどんな種類があるのかをお話しします。
みなさん、初めまして。
ソフトウェア設計課の宗平と申します。よろしくお願いいたします。
WTIブログにこれまで幾度となく登場してきたキーワードとして、「IoT」や「無線通信」がありますが、無線通信機能を有するIoT機器を一から製作するには、技術的に困難な課題がいくつか存在します。
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みなさん、こんにちは。
株式会社 Wave Technology 通信設計第一課の大塚です。
2019年4月に課の名称が高周波設計第二課から通信設計第一課に変わりました。
改めて、今後ともよろしくお願いいたします！
▶無線通信モジュールは高い？
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はじめまして。システム設計課の長尾です。
私はモバイル通信機器の開発・設計現場で業務を行っております、今日はその中で『改造』作業についてスポットを当ててお話しします。
開発・設計現場での『改造』は、試作評価から問題点を洗い出し、その対策内容を再度試作品に盛り込む（改めて作り変える）作業です。
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- IoTデバイスなどの半導体パッケージ開発を目指す企業様
- 半導体パッケージに起因するトラブルの原因が推定できずお困りの企業様
- 短期間での半導体パッケージ開発を必要とされる企業様
WTIでは、半導体パッケージ設計・評価解析サービスをご提供しており、設計・評価解析受託に加えて技術コンサルティングも行っております。
【半導体パッケージ開発コンサル事例】
| ご依頼内容 | コンサルティング内容 | お客様が得られた効果 |
| 吸湿リフロー後にチップ表面とモールド樹脂界面に剥離があり、その解決のためコンサルティングをお願いしたい。 | お客様から状況のヒアリングや質問事項をディスカッションすることで、改善するための方向性や剥離の起点がどこにあるのか解析のアドバイスをご提案。 | 評価方法、手順見直しなど「やるべきこと」が明確になり解析の方向性が定まった。 |
高速信号伝送路の反射特性改善のため、スペックを満足するためのBGAパッケージ基板の配線修正案を提案してほしい。 |
反射特性の悪化はインピーダンスの不整合が要因と考え、差動信号TX/RXペア間のスタブ配線部分のシールド配線削除をご提案。今回のケースは差動信号のインピーダンスが高いため、配線容量を減らすことが効果的と推定。信号品質への影響が少ないスタブ配線部分のシールド配線を削除する手法でご提案。 | 提案したBGAパッケージ基板のパターン修正で高速信号伝送路の反射特性がスペックを満足し、パッケージ開発を進めることができた。 |
TEG基板の電気特性(TDR,Sパラメータ)が、実測とシミュレーションで合わない原因を調査したい。 |
シミュレーション面と実測面から要因を分析。シミュレーション面としては高速信号に適したモデル化方法(モデル形式、電磁界ソルバー)をご提案。実測面としては、実基板の断面、平面の寸法測定、誘電率の確認をご提案。 | 10%以内の誤差で実測とSiｍが一致し原因が把握でき、合わせ込みの手法が習得できた。 |
【半導体パッケージ不良解析コンサル事例】
| ご依頼内容 | コンサルティング内容 | お客様が得られた効果 |
| テスト工程や信頼性試験で半導体パッケージの組立に原因があると推定される不良が発生した。解析を行いたいが何をやったらよいか、どのような手順でやったらよいのか分からないので助けてほしい。 | お客様とのお打合せで不良内容を把握した上で、FTAから解析方法、実施手順をご提案し、解析結果から原因の推定と対策方法をご提案。 | ① 目的に合った解析方法を選択することで、希少サンプルを非破壊で原因の推定ができた。 ② 解析手順を整理することで、原因の推定を短期間で行うことができた。 ③ 原因を推定し、対策を盛り込むことで不良率の改善に繋がった。 |
| BGAパッケージ製品でお客様での実装不良が発生しており、対策を検討してほしい。 | BGAパッケージの封止レジン、搭載チップの材質や寸法は変更できない条件のため、BGAのはんだボール（ダミーボール）を追加する対策方法をご提案。 続きを読む |
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開発品や量産製品で、熱や応力起因の不良品が出てしまったら、緊急に対策が求められます。
そこで熱・応力の専門家から、不良原因の「診断」結果と解決策の「処方」を受け取ることで、トラブル対策は短期間で完了します。
- 開発品や量産品でトラブルが発生。すぐに原因を探し出して対策をしたい
- これから開発を進めるにあたって、トラブルが起こらないための設計指針を知りたい（製品寿命の向上、耐落下衝撃性・耐振動性等）
- 放熱対策の要否や対策方法を把握したい
- 高精度な半導体の熱抵抗を知りたい
⇒ これらの課題の解決には、CAE（Computer Aided Engineering）による論理的な見解を得ることがブレークスルーの入口です。
しかし、CAEを用いて問題解決するためには、シミュレーションツールを使いこなすためのノウハウはもちろんのこと、現物と精度の高い相関を取る技術が不可欠です。 この技術を新たに構築するには相当な時間がかかり、シミュレーションツールは、導入すればすぐに使用できるものではありません。ツールを使いこなすためには専門の知識・技術（材料力学、解析理論、強度評価、実評価経験、等）が必要です。
そこで、そのような技術を蓄積してきた設計会社等にコンサル委託することがおすすめの選択肢です。
- 実際のモノを知った上で解析を実施しています。モノを把握し、解析結果を提供することで実際にお客様の試作回数を低減した実績があります。
- モノづくりで考慮すべき、熱的・構造的・電気的な解析技術を当社は全て保有しております。
- 各シミュレーションを別々の解析会社に依頼することは非常に煩雑ですが、当社はお客様の開発状況やご要望に合わせて、各技術を組み合わせたソリューションを提供することができます。
- 当社は、半導体の構造や熱特性を基に開発した、独自の半導体熱抵抗測定技術を保有しています。半導体部品は、熱解析における熱源パラメータとして重要です。この伝熱特性を精度良く解析に反映させるためには、半導体の素子構造まで理解して熱抵抗計算に反映させる技術力が不可欠です。この精度が十分でないと、全体の熱シミュレーションの精度が大きく低下しますので、試作回数を減らす効果が得られにくくなります。
- これらの技術を用いた当社の高精度な解析(シミュレーション)コンサルサービスは、様々なお客様（企業、大学、公的研究機関、等）から高いご評価をいただいております。
半導体部品パッケージサイズは小型化により、チップ（発熱源）の発熱密度は今後も増大していく傾向にあります。また、電子機器の筐体内の部品密度が増すことによる放熱面積減少は、熱的な厳しさを更に増す要因になります。試作後の温度測定で、はじめて部品の動作温度が最大定格を超えることがわかり、対策に追われるというご経験やお悩みをお持ちではないでしょうか。
放熱設計は、構想設計、基本設計、詳細設計、試作の各段階でシミュレーションによる検証を行うことが重要です。初期段階ほど設計の自由度が高く、量産段階に近づくほど、設計自由度は低下していきます。（量産に近い段階での熱対策は非常に難しくなり、対策コストも大きく発生するようになります。場合によっては、部品配置からの再設計が必要になることもあります。） 当社では、一部の工程のみの解析や、全開発工程を通じての解析のいずれも受託しております。
【製品開発の各フェーズにおける放熱設計の自由度】
構想設計：
Excelレベルの概略計算で問題ありませんが、この段階できちんとした解析を行い、適切な開発の方向性を選択することで、以降の段階の設計を容易にすることができます。
基本設計：
発熱源が一様に発熱することを仮定した簡易モデルで計算して、放熱経路を考慮した筐体や基板の構造を検討することができます。
詳細設計
個々の部品は一様発熱するブロック体と見なした個別発熱モデルから詳細解析を行い、部品配置を含めた放熱対策を検討することができます。 続きを読む
製品設計段階においてEMC対策設計をサポートします。
試作品のEMC対策検証をサポートします。
試作前の設計情報（製品構造、回路図、部品リスト、基板パターン図）などをご提示いただき、EMC対策の観点から必要な対策をご提案いたします。
対策案リストの例（イメージ）
問題点 対策案 分類：基板GNDパターン
GNDパターンに不必要なスリットがあり信号線に対するリターンパスが分断されている。コモンモードノイズの要因となる。
GNDをベタ接続とする。
分類：マイコンポート設定
IOポートのドライブ能力が不必要に高い設定となっていないか？
リンギングが発生し高調波ノイズの要因となる。
GPIOレジスタを設定しドライブ能力を最適化する。
※試作後、信号波形の確認が必要
分類：外部接続コネクタ
基板外部に信号をインターフェースする場合、信号のリターンのパスが変化するため、コモンモードノイズが発生する。このコモンモードノイズをケーブルに伝播させないように対策が必要。
コネクタ端にフェライトビーズを追加し外部ケーブルにコモンモードノイズが伝播しないようにする。
※ケーブルはノイズを輻射するアンテナとして作用するためケーブルにノイズを伝播させないことが大切である。
分類︓筐体内の部品配置
メイン基板から放射されるノイズが空間越しに近接配置される電源フィルタに伝搬する。
配線経路がクロスしないような配置とする。
筐体サイズに制約がある場合、以下のようなノイズを伝搬しにくくする対策も考えられる。
EMC対策検証
試作品および設計情報（製品構造、回路図、部品リスト、基板パターン図）をご提供いただき、現状確認 ~ 対策案のご提案まで対応いたします。
●サービスフロー
EMC対策検証は次の2ステップで対応いたします。
ステップ１ （現状確認～対策案のご提示）
設計資料やEMC試験結果を基にお見積り
近年、自動車の電動化が進み、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）のシェアも増えています。こうした自動車の進化に大きな役割を担っているのが車載用パワーデバイスやパワーモジュールです。
車載用パワーデバイスやパワーモジュールは、耐圧が高く、スイッチング速度が速く、電力損失が小さい特長を持ちます。
電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）の省エネ性を高めるために、半導体は従来のSi（シリコン）より高耐圧、低損失、高速スイッチング性に優れる、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップ半導体が搭載されてきています。
また、次世代のパワーデバイス用ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれる、Ga2O3（酸化ガリウム）は、SiCよりもコストメリットや理論的な損失が小さいことから注目されています。
WTIでは、ダイオード、MOSFET、IGBTの各種パワーデバイス（Si, SiC, GaN, Ga2O3（酸化ガリウム））及びパワーモジュールの静特性、スイッチング特性をはじめ、さまざまな評価サービスをご提供しております。
特に、ワイドバンドギャップ半導体（SiC, GaN, Ga2O3（酸化ガリウム））は、Si半導体よりも高電圧、高速スイッチング動作が可能なためノイズの問題が顕在化しやすくなっています。このため、デバイスの材料物性や構造に基づく動作特性などを把握した上で正しい測定や波形の取得をすることが必要となります。
また、製品の開発設計手法として、現在、モデルベース開発のようなフロントローディング設計がトレンドとなりつつあり、パワーエレクトロニクスの世界も例外ではありません。
WTIでは、パートナー会社の株式会社モーデック社と連携したシミュレーションモデルの提供についてもご提案させていただいております。
シミュレーションモデルに必要なパワーモジュールの内部インダクタンス等、正しいスイッチング波形、及びパラメータの取得にはノウハウが必要です。
このように、パワーモジュールの特性を取得するにはノウハウが必要であり、国内でも対応できる企業は少ないのが現状です。
- お客様の開発評価に伴うパワーデバイス、パワーモジュール評価
- 特性評価から信頼性評価まで一貫したパワーデバイス、パワーモジュール評価
- シミュレーションモデル作成に伴うスイッチング波形及びパラメータ取得
等、パワーデバイス、パワーモジュール評価に関するニーズは増えつつあります。
WTIでは、パートナー会社との連携含め、各種パワーデバイス、パワーモジュールをキーワードに、お客様の課題に対して解決策をご提案いたします。
- 2000 V 1500 Aクラスまでの製品に対応
- カーブトレーサを用い、パワーデバイス（MOSFET, 続きを読む
皆さん、こんにちは！東京事業所パッケージ設計課の小笠原です。
