■目次

• イントロダクション
• ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？
• 直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると
• 単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・
• TEG測定での落とし穴
• 製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術
• 従来一般的に行なわれてきている手法
• 従来手法の問題点
• ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？
• 弊社が考案した手法の実例紹介
• 弊社考案方法の方向性
• 具体例紹介　・・・　SH2マイコンを使った確認事例
• 製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？
• 熱抵抗検査装置ご紹介

イントロダクション

半導体の熱抵抗を正しく測定できていますか？

ダイオード

測定用素子として良く利用されるダイオード（PN接合）の特性を理解しないと、正しく測定できない場合があります。

 

ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？

●ダイオードのI-Vカーブは指数特性で表現される

ダイオード（PN接合）のI-V特性	■ショックレーのダイオード方程式 I=Is〔exp(qV/nK T）-1〕 ≒ I=Is〔exp（qV /nK T）〕
	Is：飽和電流 T：温度[K] Q：電荷素量（1.602E-19） N：ideality Factor K：ボルツマン定数（1.38E-23）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　具体的にはどういうこと？

電流側（Y軸）を対数で見ると・・・

⇒この関係が正しいのであれば、 　 　　　熱抵抗取得時の電流・電圧条件は選び易い。

しかし実際は・・・

直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると

		直列抵抗成分も含めた ｋファクタ（温度特性） だから問題ないのでは？
→：本来の温度ドリフトイメージ	→：直列抵抗成分が含まれる場合

この条件を考慮しなかったら・・・

測定電流の妥当性考慮が大きく結果に影響を及ぼす。

測定差異の要因を分析すると・・・

Kファクター取得時	熱抵抗取得時

単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・

＜TEG測定の課題１＞ Diは本当に純粋なダイオードの特性を示すか？ 　 ⇒半導体の電位固定用構造が用意されていない＜TEG測定の課題2＞ 　 R HeatとDiの温度は同じか？ ⇒熱的距離は結果に意外に影響する

TEG測定での落とし穴

⇒上記Pointが考慮されないと
　 熱抵抗を測定するためのTEGを使っても正しい熱抵抗が測定できない！

 

製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術

製品環境でのパッケージ熱抵抗を正しく求めるためには、実デバイスを使った熱抵抗解析を
高精度に評価する技術が必要となります。

＜実デバイスの熱特性評価＞ l  従来一般的に行なわれてきている手法 l  その問題点 l  弊社が考案した手法の実例紹介

従来一般的に行なわれてきている手法

『電源・GND逆接により構成される寄生Diを用いた発熱と温度検知』

インバータ回路の電源・グラウンドを逆接した場合のイメージ図

従来手法の問題点

『実際には純粋なPNのダイオード特性のみではなく、寄生回路も同時に動作する』

インバータ回路内での寄生回路動作の一例

ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？

マイコンのVCC-GND間を逆接続状態にし、 PN接合順方向動作（させたつもり）時の マイコンチップ表面温度分布	チップ面全体を均一に発熱させたいが、 　温度ムラが見られる。　『なぜか？』　＜原因１＞ 　 ダイオードと寄生回路素子の並列回路が 　 動作するため、チップ面内で動作が不均一 　 になり、電流集中が発生する場所が出来る。 　＜原因２＞ 　 ダイオードは温度上昇と共にVF電圧 　 がNegative方向にドリフトするため 　　Vf低下⇒電流集中⇒Vf低下⇒電流集中 　 ホットスポット化が進む。 　＜原因３＞ 　 Chip全体を発熱させる電流が必要となる。 　 高い電流を流せば、W/BパッドやWireで 　 ジュール熱の影響が出る。

弊社が考案した手法の実例紹介

VCC系端子のクランプ特性を用いた局所発熱

弊社考案方法の方向性

★従来手法の問題点を解決したい

★クランプ耐圧を使う場合の測定上の効果

クランプ発熱時、耐圧が温度と共にPositive側にシフトする。 この特性により、該当領域の温度を均一に保つことができる。⇒耐圧の低い部分に電流が流れ、温度を上昇させる。 　温度上昇により耐圧がPositive側にドリフトするので 　結果的に該当領域全体が均一耐圧及び均一温度に 　自動的にコントロールされる。

★製品発熱ブロックでの熱抵抗が求まるか？

具体例紹介　・・・　SH2マイコンを使った確認事例

熱シミュレーションを行なってみたところ・・

	実測　：θja =　55.1℃/W Sim　：θja =　53.2℃/W  -3％程度の誤差に収まる。
	従来手法の一例では、+188％程度の差 （実測が低すぎる） が確認された。従来手法による熱特性の取得結果は、 技術的に解析できない手法である。 そのため、熱設計の指標値として扱う には難がある。

製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？

更に、本技術を使えば

製品環境で熱抵抗を高精度に検証することが可能。

 

熱抵抗検査装置ご紹介

弊社では、実測～シミュレーションまでの一貫した受託サービスと合わせ、
熱抵抗検査装置を独自設計できる技術を保有しております。

システム紹介
	＜システムの詳細仕様＞ 　・最大10chでの並列測定が可能 　・定電流、定電圧、定電力の3モードに対応 ⇒2端子制御の制約内で定電力コントロールが可能 　・定電流、定電圧、定電力の3モードにおいて PWMによる発熱動作が可能 　・定常/過渡の両方に自動測定対応可能（過渡は条件付き） 　・全波形情報を自動保存し、Viewer機能で集録可能 　・新しいJEDEC規格である“JESD51-14”に対しても、 検査装置自体は標準対応（冷却過程での測定） 　★今回提案の新方式にも全ch対応可能 　市場のあらゆるニーズにご対応します。 　事例は弊社開発専用装置であり、ご要望に応じ最適仕様 　のシステム提案が可能です。

・イントロダクション
・ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？
・直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると
・単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・
・TEG測定での落とし穴
・製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術
・従来一般的に行なわれてきている手法
・従来手法の問題点
・ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？
・弊社が考案した手法の実例紹介
・弊社考案方法の方向性
・具体例紹介・・・　SH2マイコンを使った確認事例
・製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？
・熱抵抗検査装置ご紹介
・熱流体解析を用いた放熱対策
・その他シミュレーション技術

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製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
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温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい
2018年度　1DAYインターンシップ実施中♪
半導体パッケージの実装信頼性評価に向けて　～破断個所を特定するデイジーチェーンサンプル～
シミュレーション結果のフィードバック先は機構設計
熱問題の対処には予防診断が必要！

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【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例

 

 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

箱物筐体製品の放熱対策を行う際、筐体壁から外気へ熱輸送させる対策が大半です。
このような、筐体を使った放熱対策を熱輸送の３要素から簡単に説明します。

＜熱輸送の３要素＞

• 対流熱伝達
  • 熱を帯びた分子の移動による熱移動
• 放射（輻射）
  • 電磁波による熱移動
• 熱伝導
  • 物質内の格子振動・自由電子による熱移動

■目次

• 説明に使用するモデル仕様
• 対流熱伝達による放熱効果
• 対流熱伝達による放熱効果のまとめ
• 放射による放熱効果
• 熱伝導による放熱効果
• 熱伝導の盲点
• 放熱対策に多大な費用をかけていませんか？
• 発熱部品の厳密モデルを作るには
• 発熱部品を高精度に分析する熱測定技術

 

説明に使用するモデル仕様

対流熱伝達による放熱効果

プレートFINを設計する場合、FIN枚数を何枚に設定すべきか迷うと思います。

＜下記は、今回のモデルの検証結果です＞
FINを8枚～30枚まで2枚間隔で解析した結果です。

対流熱伝達による放熱効果のまとめ

	FIN枚数8枚	FIN枚数18枚	FIN枚数30枚
	FINの表面積が少ない	最適領域	FIN間に風が流れにくい領域
風 速 分 布 図
考 察	風速は十分であるが、外気に 触れるFINの表面積が少なく 放熱効果が下がる。	風速、FINの表面積ともに適切 なサイズであるため、放熱効果 が最大となる。	FINの表面積は十分であるが、 必要な風速が得られていない ため、放熱効果が下がる。

放射による放熱効果

放射による放熱は、見落としがちな熱輸送です。
金属筐体・密閉製品には放射による放熱は有効な手段です。

また、放射量は下記式の通り物体表面温度の４乗で増加するため、物体表面温度（空間温度も含む）が上昇すれば
指数的に放熱量が上昇します。

アルミダイキャストに対し、上に記載した表面処理別で熱解析を行った結果は以下のとおりです。

	＜放射率ε= 0.03＞
	＜放射率ε= 0.95（塗料）＞

熱伝導による放熱効果

熱伝導による放熱効果は右のとおりであるため、 材料の熱伝導率・厚みの選定が放熱の鍵となる。

●ICを筐体壁面等に設置する場合、必ず必要になる 　 TIM（*1）の材料選定一つでIC_Tj温度に差がつく。 　（*1）TIM： Thermal Interface Material

＜考察＞ 0.6W/mKより低い熱伝導率で、急峻な温度変化が見られる。0.6W/mK以上を選定すべき。	＜考察＞ リニアな変化であるため、なるべく薄い素材を選定すべき。

熱伝導の盲点

熱伝導による熱輸送を上げるため、厚みを薄くすれば放熱効果が確実にあがるわけではありません。

	熱伝導による熱輸送を上げるため、FIN BASE厚みを少なくすると
	Tj-Tfin間の熱抵抗は下がるはずが、結果は逆の傾向を示す。 これは、熱拡散（45°拡散）による熱の広がりがFINの縦方向のサイズと合っていないために発生する現象です。 　　　　　　　　　　　この現象を回避するには！

＜対策例＞

FINに熱を伝える前に、熱を拡散する。

ICの配置台の熱伝導率を向上させ、熱源付近の熱を拡散する。 　・Cu化［熱伝導率385W/mK］ 　・etc・・・ 熱伝導率の高い部材で熱を拡散する。 　・グラファイトシート ［熱伝導率1500W/mK（面内）］ 　・Cuシート［熱伝導率385W/mK］ 　・etc・・・

放熱対策に多大な費用をかけていませんか？

＜なぜ、放熱部品のコストが注目される？＞ 放熱部品は、製品の機能Upを行う部品ではない。 （放熱部品が無くても、製品機能は成り立つ） 　　　　　　　　　　　　　　↓ 放熱対策部品を安くする = 製品単価が下がる つまり上記関係が成り立つからである。 （グラフの通り放熱力の高い部材はコストUpとなる）

　　　　　　↓

発熱部品の高精度な熱把握がコスト削減の鍵となる。

発熱部品の厳密モデルを作るには

下記フローの通り、3つの知る技術と2つのノウハウ技術が必要

	次項で、既存技術と弊社独自技術の違いを説明します。
	Mold開封によるChip分析	断面研磨による構造サイズ調査
	PKGのシミュレーションモデル	局所発熱時のChip表面温度分布

発熱部品を高精度に分析する熱測定技術

＜熱抵抗解析メーカーとの違い＞

＜大半の熱抵抗解析メーカー手法＞	＜弊社の特許技術手法＞

＜問題点＞

電源（Vcc）とGNDを逆接続し、半導体にある
寄生Diを使い測定するため、下記問題が発生する。
●  Chip表面が均一温度にならない
●  測定箇所が特定できない　　　　　　　　　　　　　　　→　　　正しく測定できているかの評価さえできない(-_-;)
●  Wireのジュール熱の影響が出る

　　　　　　　　　　　↓

問題点を解消した技術 ＜特徴＞ 半導体内の高耐圧ブロックに対し、順方向の 　電流で特定ブロックをクランプさせ、特定部位 　のみを均一に発熱させる技術で測定する。
	→ 発熱後

《技術コンサルティングのご案内》 WTIは、熱・応⼒解析のコンサルサービスを「テクノシェルパ」のブランド名で行っております。以下のようなお悩み・ご要望にお応えします。 「放熱の⼿段をいろいろ試したが、スペックに⼊らない」 「⾃社の熱シミュレータがうまく使えていない。どのようにすれば正しく熱設計ができるか教えて欲しい」 「新たな機種を開発するがこれまでの製品とは⼤幅に異なるので、熱設計の⽅向性を指南いただきたい」 詳しくは「テクノシェルパ」の熱・応⼒解析コンサルサービスのページをご覧ください。

・説明に使用するモデル仕様
・対流熱伝達による放熱効果
・対流熱伝達による放熱効果のまとめ
・放射による放熱効果
・熱伝導による放熱効果
・熱伝導の盲点
・放熱対策に多大な費用をかけていませんか？
・発熱部品の厳密モデルを作るには
・発熱部品を高精度に分析する熱測定技術
・「熱課題」簡易診断サービス　～放熱設計を始めるなら開発初期から！～

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熱解析（熱シミュレーション）の対象は、半導体１個から建物丸ごとまで

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CAE受託解析サービス

CAE解析と熱評価の経験豊富な専門技術者が課題解決をサポートします。

Wave Technology（WTI）のCAE受託解析サービス

 

• CAE（Computer-Aided Engineering）解析とは、設計者が机上でシミュレートおよび分析する手法です。
• 設計者は実際の条件をシミュレートし、さまざまなシナリオで設計条件をテストできて結果を可視化することが可能です。
• また、評価では切り分けが難しい要素の影響（物性値、構造、発熱量、など）を個別に分析することが可能で、試作品を作成する前に製品のパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。
   
   

CAE解析を行うタイミング

CAE解析は通常、製品の設計および開発プロセスのさまざまな段階で実施されますが、開発初期ほど設計の自由度が高く、量産に近づくほど、設計自由度は低下していきます（開発が進行するにつれて問題を修正するためのコストが増加）。
そのため、CAE解析を開発初期に実施（フロントローディング）して、開発後半の遅延や変更のリスクを減らすことが重要です。

【製品開発の各フェーズにおけるCAE解析の自由度】

CAE受託解析サービスは、開発初期段階にご利用いただくことがお勧めです。

 

CAE受託解析サービスの報告書例

ご相談いただいた際に、CAE解析の進め方や報告書のイメージをお客様と共有してからご依頼を受けさせていただきますのでご安心ください。

【CAE受託解析サービスの報告書イメージ】

 

CAE受託解析サービスの費用

CAE受託解析の費⽤は、規模や内容で変化しますので、一度ご相談ください。
ご相談いただいた内容から課題解決に向けてCAE解析の条件・費用を提案させていただき、ご納得いただけた内容で進めさせていただきます。

 

CAE受託解析以外のサービス

CAE 受託サービス以外にも以下のようなサービスがございます。

	月々の定額料金の範囲内で対応可能な設計業務や評価業務などを、お客様とのお打合わせで決定し、月単位で成果物をお納めするサービス （依頼毎の見積りや発注作業を省けるため、お気軽にCAE解析をご活用いただけます）
	CAE解析の技術アドバイスをご提供するコンサルティングサービス

 

【関連リンク】

• 熱流体解析 受託サービス
• 応力・構造解析 受託サービス
• 熱流体解析を用いた放熱対策
• 応力解析を用いた強度検証・対策
• WTIブログもご覧ください
  製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
  2017年度インターンシップの受入を終えて
  シミュレーション技術者の悩みどころ
  熱シミュレーションは簡単にはできない
  温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい
  CAE解析における熱応力の考え方
  シミュレーション結果のフィードバック先は機構設計
  熱問題の対処には予防診断が必要！
  電子機器の構造評価で確認すべき内容とは？
  後付け熱対策、追加熱対策が必要！どうする？
  CAE解析を活用した機構設計

 

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• 無線電力伝送技術
• 【参考】無線電力伝送の方式と特長
• 高効率マイクロ波電力増幅技術
• 学会発表実績
• 過去の開発事例

無線電力伝送技術

近年注目が高まっている無線電力伝送技術の開発を進めています。龍谷大学　石崎研究室のご指導をいただき、特に伝送距離を伸ばすことが可能となる共振器結合方式に関する設計技術を構築いたしました。

【知財権】
特許第6024013 号 「無線電⼒伝送システム」
特許第6024015 号 「無線電⼒伝送装置」
特許第6644234 号 「無線電⼒伝送装置」

 

※共振結合コイルの設計技術

無線電力伝送システムの概略 * お客様のご要望に応じて対応可能
基板コイル	銅線コイル

※共振結合コイルの設計事例

送電用コイル （直径5cm,スパイラル巻き）	送電用コイル （直径5cm,エッジワイズ巻き）	受電用コイル （直径1cm、2層）
図．伝送効率の測定結果

※3Ｄフリーアクセス無線電力伝送を実現するための要素技術

• 2017年3月13日に『「磁界共鳴方式ワイヤレス給電」の設計・評価サービスを開始』をプレスリリース
• 設計・評価サービスの内容は「ワイヤレス給電（無線電力伝送）」のページをご覧ください
• ワイヤレス給電についてのワイヤレス給電関連社長ブログもご覧ください

【参考】無線電力伝送の方式と特長

	動作原理	等価回路（ブロック図）	特徴
電磁誘導 方式			距 離	～数cm
			効 率	高い
			媒 体	磁界
共振器結合 方式			距 離	～数m
			効 率	高い
			媒 体	電磁界 （主に磁界）
電界結合 方式			距 離	～数mm
			効 率	高い
			媒 体	電界
マイクロ波 方式			距 離	～数百km
			効 率	低い
			媒 体	電波 (マイクロ波)

高効率マイクロ波電力増幅技術

モバイル通信分野では送受信されるデータの増大に伴い、通信の高速化、大容量化が進められており、低消費電力化がますます重要となっています。

これに貢献する技術として、東北大学 電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターのご指導の下、送信電力増幅器の高調波注入による高効率化技術の開発しました。

本開発の一部は科学技術振興機構 開発成果最適展開支援プログラム(A-STEP)の支援を受けて⾏われました。
以下にA-STEP 開発成果の概要をご紹介いたします。

■A-STEP開発成果概要

（１）適用プログラム：

A-STEP産学共同促進ステージ（ハイリスク挑戦タイプ）

（２）期間：2014/12/1－2017/11/30

（３）研究機関：

東北大学電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターおよび株式会社Wave Technology

（４）研究テーマ：

低炭素社会に貢献する情報通信用高効率送信電力増幅モジュールの開発

（５）開発成果概要：

本開発では2倍波フィードバックを用いて増幅器に高調波(2倍波)を注入する技術を開発しCMOS電力増幅器、及びGaNドハティ電力増幅器に適用しました。CMOS電力増幅器ではACLR=-38dBc時の電力付加効率改善量2.2%、GaNドハティ電力増幅器では8dBバックオフ時電力付加効率改善量2.6%をそれぞれ達成し、本技術が高効率化に有効であることを確認しました。

高調波注入CMOS電力増幅器 (f=2.2GHz)	高調波注入CMOS電力増幅器の特性評価結果
高調波注入ドハティ電力増幅器 (f=2.6GHz)	高調波注入ドハティ電力増幅器の特性評価結果

【取得特許】

• 特許第5713197号 「バラン」
• 特許第5829885号 「バラン」
• 特許第6497564 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼦機器」
• 特許第6589208 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼒増幅器」
• 特許第6736024 号 「ドハティ増幅器」

【出願中】

• 特開2016-076752 「プシュプル電力増幅器」

【関連ページ】　WTIの高周波・無線技術全般についてはこちらをクリックしてください

■高周波(RF)・無線関連その他サービスご紹介
高周波(RF)・無線　設計受託
高周波(RF)電力増幅器開発
各種高周波(RF)部品開発
無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託
高周波マッチング工房
高周波開発インサイドストーリー　～「貴重な存在」と云われるからこそ、「責任」と「やりがい」がある～

■参考資料

電波の周波数による分類・定義

■高周波(RF)・無線関連ブログ

　　　ブログ目次はこちら

■電子回路設計 ヒントPLUS☆（高周波(RF)・無線関連）

■関連YouTube動画へのリンク

概略コンセプトだけで設計/開発/コンサル受託｜WTI（シールドルームのご紹介）
高周波の電力増幅器｜ 評価系紹介 ｜WTI（高周波電力増幅器評価系のご紹介）

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【当ページ関連の資料タイトル】
●「高周波(RF)回路設計サービスのご提案」
●「無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託」

学会発表実績

過去の開発事例

※ニッケル水素二次電池の急速充放電・劣化抑制技術
充電中の電池の劣化反応に着目して充電制御することにより急速充電、劣化抑制を実現する技術を開発
 (特許第5372208号)

分極電圧挙動の異常を検知して 可変充電電流制御を行うことで過充電を防止

充電制御模式図

 

• 無線電力伝送技術
• 【参考】無線電力伝送の方式と特長
• 高効率マイクロ波電力増幅技術
• 学会発表実績
• 過去の開発事例

• ワイヤレス給電に関するWTIブログはこちら
  ワイヤレス給電関連ブログ

• 社長ブログ（固有技術開発関連）
  ワイヤレス給電の設計は経験とノウハウが必要
  中小企業でも、技術開発を頑張っている会社はある
  「技術力」で顧客に選ばれる設計/開発会社の特徴
  自主技術で勝負だ！ WTI
  「自主技術開発をやっておられる会社なので応募しましたー」って言われます
  自社開発の進捗フォローもしっかり
  びわ湖環境ビジネスメッセで、ワイヤレス給電デモ機を展示します
  びわ湖環境ビジネスメッセのワイヤレス給電展示、無事終わりました
  「新ものづくり新サービス展」今日から３日間　出展しています
  ワイヤレス給電の応用をこう考える
  他社に依頼して性能出ず。 WTIさんお願いします～
  関西ものづくり新撰2018選定証を交付いただきました
  ワイヤレス給電技術の引合を次々にいただいています
  ６月８日（金） 「神戸ものづくり中小企業展示商談会」に出展
  無接点給電/ケーブルレス給電 得意です！

 

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デジタル制御電源開発事例

主な特徴

• システム制御部からの通信により出力を制御可能なDC/DCコンバーターモジュール
• 制御PCとのインターフェースはUSBを採用。
• 制御するのは、①出力電圧、②電流リミット、③ソフトスタートの係数、④ON/OFF設定等　これらをシステム制御部から任意に設定し、柔軟な制御が可能。
• 多チャンネル出力が可能で各チャンネル別に個別設定が可能。

仕様例

• １入力で3出力電圧をコントロール。
• 入力電圧　5±1 V
• 出力電圧範囲　　6 ～16
  V　（1 Vステップでシステム制御部から設定可能）
• 出力電圧精度　　出力電圧10 Vまで　±100 ｍV、　出力電圧10 V以上　±1 ％
• 出力電流　　　　Max　1
  A（×3 ch）

制御コマンド例

GUI画面例

検証結果の例

その他、基板配線上の留意点

スイッチングノイズが出力及びフィードバック値に影響を与えないレイアウトを実施
基板サイズ　：　100mm × 130mm × 25mm

スイッチングノイズ対策として各CHをブロック化したことにより、目標：50mm × 30mm × 10mmに対し配線効率の悪化を招いたことによりサイズUPとなった。

• 各CHにおける電流経路の最短配線（各CHのSW部をブロック化）
• デジタル制御部とパワー部の分離配線
• スイッチングの影響及び導通ロス及びグランド浮き対策としてベタGNDの採用
• ４層基板を適用することにより、フィードバックラインをGNDで挟むことによるシールド効果

基板パターンレイアウト

電気設計受託サービスの主な開発実績はこちら

【関連ページ】
電気・ソフト設計受託サービス
フォークリフト用自律航法ユニットの開発
ゴルフカートナビ開発
ソフトウエア設計受託サービス
デジタル制御電源回路、ソフトウェア設計

・WTIブログもご覧ください
IoT関連ブログ
テクノシェルパ関連ブログ
電波暗室・EMI関連ブログ

・電子回路設計 ヒントPLUS☆（EMI対策関連）

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【当ページ関連の資料タイトル】
●「デジタル制御電源開発事例」

 

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IoT関連機器開発事例

ゴルフカートナビ開発

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IoT関連ブログ

 

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【製品開発のトータルコーディネートが可能】

Wave Technology（WTI）には、製品開発で必要となる全ての設計部隊（電気、機構、基板、ソフト）が揃っており、これらを一括で受託し社内で綿密に連携して設計を進めるため、デザイン、コスト、性能などを最適化した製品に仕上げることが可能です。

また、位置検出、ワイヤレス給電、信号処理、画像認識、AI など近年の製品開発でニーズの多い要素技術についても社内外のネットワークを活用し製品に組み込むことが可能です。

【試作もスピーディーに対応】

Wave Technology（WTI）は試作専門の製造メーカと複数のネットワークを有しております。
また、部品調達は基本的にネット通販で行うため、部品の納期に伴う試作遅れなどは発生しません。

設計段階から試作時の入手性を見据えて部品を選定するため部品の納期トラブルは発生しません。
4層基板であればプリント基板の製造から実装までおよそ2週間で対応いたします。

充実した評価設備で機能・性能を確認
電気的な検証に必要なオシロスコープ、マルチメータ、スペクトラムアナライザー、ネットワークアナライザ、恒温槽はもとより、200名規模の設計会社としては異例の電波暗室や防水試験機まで保有しており製品として求められる機能・性能を確認いたします。

電波暗室	防水試験機

電気設計受託範囲

仕様検討	詳細設計	試作機製作	検証
●システム検討 ●ハードウェア検討 ●ソフトウェア検討 ●仕様書作成	●アナログ回路設計 ●デジタル回路設計 ●高周波回路設計 ●FPGA設計 ●ソフトウェア設計 ●基板レイアウト設計 ●筐体設計	●部材調達 ●基板製作 ●部品実装 ●筐体製作 ●動作確認	●検証計画作成 ●ハードウェア検証 ●ソフトウェア検証 ●EMI検証 ●検証報告書作成
Wave Technology（WTI）のワンストップサービス

対応可能デバイス一覧

※本表に無いデバイスについてもご相談に応じます。

主な開発実績

ゴルフカートナビ開発事例（←クリック！）
ゴルフカートの位置情報を920 MHzの特定小電力無線モジュールによって本部に集約するユニット

デジタル制御電源開発事例（←クリック！）
システム要求に対してMPU（dsPIC）がリアルタイムに電源を制御し、動的に電圧、電流を可変させることができる電源

その他の主な開発実績

開発件名	概要	開発要素
高精度位置測位 ユニット	車に搭載するユニットでGNSS位置情報に加え、加速度センサ、ジャイロセンサの他、無線通信で得られる情報も利用して高精度で位置を測定する装置。 通信キャリアが提供する位置補正情報をLTE通信により取得し、高精度な位置情報を演算する。	回路、基板、筐体、ファームウェア、PC用アプリケーションソフト
高速通信制御 ユニット	高速シリアル通信をCPUで制御し、逐次更新される大容量環境データを高速で処理するシステム。	回路、基板、筐体、ファームウェア
自動車運転状態 解析ユニット	車に搭載するユニットで加速度センサ、ジャイロセンサから得られるデータをSDカードに保存する。このデータをPC用アプリケーションで解析することによって、ドライバーの運転状態（急発進などの有無）を解析する装置	回路、基板、筐体、ファームウェア、PC用アプリケーションソフト
バイク用位置 情報通信ユニット	バイクの位置情報を3G回線で本部に送信するユニット	回路、基板、筐体、ファームウェア
	ファームウェア： GPSモジュールからの位置情報を取得し、プロトコル変換して３Gで送信する処理を1チップマイコンに搭載
Wakeup Receiver	一定周期で起動し電波が届いた時だけ完全に起動する無線LANモジュール	回路、基板、筐体
無線機用パワー アンプ評価ソフト	無線機用パワーアンプ（PA）を制御する基板とその評価プログラム PLL、AGCをパソコンから制御し、レベル測定してグラフ化するGUIソフト	PC用アプリケーションソフト
店内連絡 システム	店舗内で使用する業務用無線機	回路、基板
RF IC（LTE用IC）制御ボード	LTE用RF ICの制御ボードおよびRF ICを搭載するサブシステムボード	回路、FPGA、GUIソフトウェア
物質分析装置	測定対象物にLED光を照射し、反射光を測定。測定結果をホスト（パソコン）にBluetoothまたはUSB通信で送信し、ホスト側でパターンマッチングにより対象物を特定する装置	回路、基板、筐体、ファームウェア、PC用アプリケーションソフト
	ファームウェア： 測定端末側の制御ソフトウエア（Bluetoothデバイス側） 処理結果をBluetoothモジュールを使って通信
業務用カメラ 制御基板	カメラからの映像、音声データを光ケーブルから受信しO/E変換後FPGA内で映像データに加工を施しホストCPUに受け渡す機能を有するボードの開発	回路、FPGA設計、基板
ジョイスティック 制御基板	ジョイスティックからのアナログ出力をマイコンのADCでデジタル変換しそのデータをホストCPUに受け渡すための制御ボード	回路、基板、ファームウェア
	ファームウェア： EOLになった接点式ジョイスティックの置き換えを実現するために、1チップマイコンがキャリブレーション情報を制御しアナログジョイスティックで旧システムを実現
LCDバックライト 制御ボード	LCDバックライト用制御ボード	回路、基板、ファームウェア
	ファームウェア： 電源制御とPWMを使った調光機能を1チップマイコンに搭載
EV用 モータ制御基板	EV車用のモータ制御基板、IPM（インテリジェントパワーモジュール）駆動電源の開発	回路、基板
エアコン異常検知 監視ストレージ	エアコン稼働状態（消費電力、エラー発生の有無など）をロギングするシステム	回路、基板
信号発生器	10 MHz入力から2系統の122 MHz (0 dBm)　を生成し出力するボード	回路、基板
光LANユニット	通信レート1.25 Gbpsの光通信制御ボード FPGAで通信データのパケット化などの高速処理を行う	回路、FPGA、ファームウェア、基板、筐体
PCモニタ用 光LANユニット	通信レート1.25 Gbpsの光LANネットワーク内に設置し通信内容をPCでモニタする装置　PCとの通信にはUSB3.0を使用する	回路、FPGA、ファームウェア、基板、筐体
病院内ネットワーク システム	医療機器のデータを病院内で使用可能な315 MHzの微弱無線を使用し集約するシステム 315MHz帯を使用したシリアル通信の無線化	回路、ファームウェア、基板、筐体
	ファームウェア： 有線通信をプロトコル変換し無線通信を実現。音声アラームなどの情報も通信相手に通知。送受信機の1チップマイコンにファームウェアを搭載
音声合成ユニット	日本語のテキストデータを音声にして読み上げる装置 市販品のPCボード（Intel製Edisonボード）を内蔵する OSはYocto Linux v1.6	回路、ファームウェア、基板、筐体、PCアプリケーションソフト
LED照明用 スイッチング電源	最大22 W　16 VのLEDを駆動するためのLEDコントローラ基板 PWMパルスによって調光制御が可能	回路、基板
ニッケル水素用 急速充電器	6chニッケル水素電池用急速充電器 Wave Technology（WTI）で開発した劣化抑制充電アルゴリズムを採用	回路、ファームウェア、基板、筐体
	ファームウェア： 充電器の２次電池充電制御ソフトウエア 当社独自アルゴリズムで劣化を抑制しつつ急速充電に対応 充電器の１チップマイコンに搭載
モバイルPV充電器	リチウムイオン電池を内蔵し太陽電池やUSBからの充電が可能 リチウムイオン電池に蓄電した電力を基にスマートホンなどのモバイル端末を充電する	回路、ファームウェア、基板
	ファームウェア： 太陽電池内蔵のUSBモバイルバッテリの充放電制御プログラム
ZigBee RFモジュール	NXP製ARM内蔵RF ICを使用した2.4 GHz ZigBeeモジュール	回路、基板
車載用 Hブリッジコントローラ	車の駐車ブレーキ制御コントローラ 車載用モータドライバICをMPUから制御する	回路、基板
ワイヤレス マイクシステム	300 MHz帯のワイヤレスマイクシステム 主にチューナ受信部の開発を担当	回路、基板、ファームウェア
	ファームウェア： 通信システムの制御ファームウェア 通信情報に付加された制御信号をデコードする処理を1チップマイコンに搭載
920MHz 無線モジュール	Silicon Labs　RF ICを使用した920 MHz無線モジュール	回路、基板
ナットライナー用 モータコントロール ユニット	自動車の生産工場などで使用されるナット類を締める装置に内蔵されるモータコントロール用の基板	回路、基板
太陽追尾架台用 制御基板	太陽光発電用ソーラパネルが太陽に対して常に最適な向きになるようにモータで制御する装置に内蔵されるDCブラシレスモータ制御基板	回路、基板
血液透析用 排液モニタ装置	血液透析装置の排液ラインに光学的センサ（受発光1セット）を2セット装着し、2セットの間にフィルターを設置することで、排液のフィルター前後（濾過前後）の吸光度を測定する。測定結果を演算することによってフィルターでトラップされた大分子量物質の漏出量などを推算する装置	回路、基板、ファームウェア、筐体
	ファームウェア： 検出器のLED制御と光センサーの情報を処理し状況を監視できるファームウェア 検出器の１チップマイコンに搭載

検証業務受託

 

《技術コンサルティングのご案内》 WTIは、EMC 対策コンサルサービスを「テクノシェルパ」のブランド名で行っております。以下のようなお悩み・ご要望にお応えします。 「いろいろ対策してみたがノイズが落ちない」 「自社電波暗室が混んでいるので、社外の電波暗室で現物を前にして相談したい」 「他業務に追われて、じっくりノイズ対策を検討する時間がない」 「試作前の設計段階でEMC 設計としての妥当性について第三者検証を受けたい」 詳しくは「テクノシェルパ」のEMC 対策コンサルサービスのページをご覧ください。

 

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●「電気設計受託サービス」
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 WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。

フィルタ回路設計評価

必要な周波数のみ最小限の損失で通過させ、不要な周波数は確実に減衰させる回路がフィルタ回路です。
通過させる周波数により、

があります。
 
WTIでは、周波数200MHz～12GHzにおいて、L/Cを用いた各種フィルタ回路、マイクロストリップラインを用いた各種フィルタ回路の設計・評価の実績があります。
またこれらを組み合わせることで、お客様の目的に合ったフィルタ回路をご提案します。
 

フィルタ等価回路	フィルタ特性

 
【主な開発実績】

合成分配回路設計評価

市販の増幅器を用いて設計する場合、どうしても出力電力などが不足することがあります。
このとき複数の増幅器に電力を等しく分配し、増幅された電力を低損失で合成する合成分配器が必要になります。
 
WTIでは純粋に50Ω系での合成分配を行う回路から、異なるインピーダンスに合成分配を行う回路まで、様々な開発経験があり、お客様の目的にあった回路をご提案します。
 

合成・分配回路製作事例

 
【主な開発実績】

スイッチ回路設計評価

信号が通過する経路のオン・オフを切り替えるスイッチ回路では、オンとオフの比を表すアイソレーション特性が重要となります。
WTIでは市販のMMICを組み合わせることで、アイソレーション50dBを実現したスイッチモジュールの開発実績があります。
 

スイッチ等価回路	スイッチ電磁界解析モデル

 
【主な開発実績】

局部発振回路設計評価

周波数コンバータで基準となる信号を生成する回路が、局部発振器(LO：Local Oscillator)です。この局部発振器では、高い周波数安定度と低位相雑音が必要となります。そのため、PLL(Phase Locked Loop)を用いた、周波数シンセサイザーが使われます。
 

	VCO: Voltage Controlled Oscillator 電圧制御型発振器 PLL:  Phase Locked Loop 位相同期ループ TCXO:Temperature Compensated Crystal Oscillator  　　　　温度補償回路付水晶発振器 Loop Filter : ループフィルタ
局部発信器ブロック図

WTIでは、市販のVCOとPLL-ICの組合せまたはVCO内蔵PLL-ICいずれかを選定して周波数シンセサイザを設計します。低位相雑音でのご要求であれば市販VCOとPLL-ICの組合せ、実装面積の小型化のご要求であればVCO内蔵のPLL-ICを選定しています。
周波数シンセサイザの設計では、位相雑音、Lock Time、周波数安定度特性が重要なため、TCXO、VCO、PLL-ICの選定とループフィルタの設計が重要になります。特に位相雑音とLock Timeは相反する特性のため、ループフィルタの回路に起因します。ループフィルタの回路は、VCOの特性、PLL-ICの特性、ループ帯域や位相マージンなどのパラメータで回路設計をします。これらを適切なパラメータの組合せで、マイクロ波帯において、周波数シンセサイザを設計した実績があります。

PLL 位相雑音特性例	PLL-IC Lock Detect 信号例

 
【主な開発実績】

《技術コンサルティングのご案内》 WTIは、高周波(RF)のコンサルサービスを「テクノシェルパ」のブランド名で行っております。以下のようなお悩み・ご要望にお応えします。 「自社設計品で性能が出ない」 「発振が止まらない」 「特定の部品が故障しやすい」 「高周波の知識が全くないので設計外注の依頼もできない」 「開発イメージのみから仕様書まで落とし込んでもらえないか」 詳しくは「テクノシェルパ」の高周波（RF）コンサルサービスのページをご覧ください。

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高周波電力増幅器開発
無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託
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電波の周波数による分類・定義

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●「高周波回路設計サービスのご提案」
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高周波ディスクリートトランジスタ/高周波アンプモジュール設計評価

WTIは40MHz～18GHzの周波数帯域において、パッケージ内部で整合を行うディスクリートトランジスタや、外部でインピーダンス整合を行うアンプモジュールの設計評価実績があります。

使用するトランジスタとしてはベアチップから、モールドパッケージ品、メタルパッケージ品など幅広く経験があり、用途に応じた整合回路の設計評価を行っております。
整合回路はチップコンデンサやチップインダクタを用いて整合をとる集中定数タイプ、伝送線路の幅や長さを変更し整合をとる分布定数タイプの設計・評価を行っています。
構成する基板材料としては、一般的な有機系基板からセラミック基板まで扱っています。
これらを用いて、低いインピーダンスのトランジスタを、最適なインピーダンスに整合する回路を実現しています。

インピーダンス整合を行う上では、出力電力・動作効率・歪などのうち、どのパラメータを重視するかという点で注意が必要となります。また高周波増幅器にはつきものの発振の問題など、他にも注意点があり、これらを加味した回路を提案します。
 

ディスクリートトランジスタ検討事例	トランジスタ負荷依存特性

 
【主な開発実績】

高周波SSPA設計評価

WTIでは純粋に電力を増幅するものから、信号を生成し周波数変換、変調した信号を増幅する複合機能を持ったものまで開発実績があります。
 

SSPAを開発するにあたり、適正なレベルダイヤを設計し、それに見合ったデバイス選定することが重要となります。
この際に問題として発生するのは、50Ω整合されたデバイス同士を単純に連結しても出力が出ない/歪特性が悪い、空間アイソレーション不良による信号の回りこみによる性能低下、発振などによる不安定動作などの現象です。
特に発振については、歪特性に関してお困りになることが多いのではないでしょうか。
 

WTIでは豊富な単体トランジスタの設計評価実績をもとに、基本波・低周波・高調波を考慮した開発を得意としており、お客様の目的にあったSSPAをご提案します。
 

SSPA開発事例	SSPA回路ブロック図

 
【主な開発実績】

周波数コンバータ設計評価

WTIでは0.2～3GHzの周波数コンバータを開発した実績があります。
周波数コンバータの開発では、適切に周波数を変換するとともに、不要な周波数の信号を除去する必要があり、それに見合った部品の選定が重要となります。
WTIでは、各種フィルタ回路、発振回路の設計技術を有しているため、お客様の目的にあった、周波数コンバータの設計に対応します。
 
 

送受信部ブロック図

 
【主な開発実績】

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●「高周波回路設計サービスのご提案」
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