Többfunkciós MMIC-k: méret, súly, teljesítmény és költség integrálása következő generációs alkalmazásokhoz

A mai piaci versenyben szinte minden új projekt egy önálló mérnöki teljesítmény. A rendszertervezők egyre nagyobb funkcionalitást követelnek egyre kisebb tokozásban, miközben mindezt a megszokott árban, vagy még attól alacsonyabban szeretnék felkínálni. A többfunkciós monolit mikrohullámú integrált áramköröket (MMIC-ket) úgy tervezték, hogy egy megfizethető, magas fokon integrált egységes eszközt hozzanak létre az ügyfelek számára, amely a korábbi egyfunkciós MMIC-khez hasonlóan megbízható és azonos teljesítményre is képes. Az MMIC-k fejlődésének felgyorsításához nagyban hozzájárulnak a mérnökök, mert széleskörű funkcionalitást kell begyömöszölniük erősen integrált alkatrészekbe, mivel minél több helyet kell felszabadítani a rendszertervezők számára a nyomtatott áramköri lapokon. Ez a tendencia nem fog egyhamar abbamaradni. Az ügyfelek továbbra is optimális méret-súly-teljesítmény arányt fognak követelni, és a rendszermérnökök és tervezőcsapatok feladata marad ezen tökéletes megoldások kifejlesztése.

Milyen hajtóerő áll e változás mögött?

Arról szó sincs, hogy ezen igények miatt az egyfunkciós MMIC-k elavulttá váltak volna, hiszen továbbra is több feladatot ellátnak az alaplapokon, és például a tervezési koncepciók igazolására tökéletesen alkalmasak. Sok mai alkalmazás azonban, mint például a radar és a kereskedelmi 5G méretbeli korlátokkal szembesül. Egy 28 GHz-es fázisvezérelt antennarács esetében az antennaelemek közötti távolság csak 5 mm, ami nem hagy elég területet több integrált áramkör (IC) számára. A NYÁK-on lévő terület egyre szűkösebbé válásával a nagyobb frekvenciák iránti igény többfunkciós integrációt tesz szükségessé.

Képzeljen el négy egyfunkciós MMIC-t egy áramköri lapon, és vesse össze ezt egy többfunkcióséval. Egyfunkciós IC-k használata esetén a megoldás jóságát a méretek alapvetően korlátozzák a szükséges többlet tokozás és külső leválasztás miatt. Egy tokon belül az aktív eszköz csak viszonylag kis helyet foglal el, a többi a kapcsolatoknak a tokozásba való bevezetéséhez és a kapcsolatoknak az onnan való kivezetéséhez kell. Mivel napjainkban a technológiának minden egyes újabb generációval fokoznia kell a méretek és a teljesítmény terén elért eredményt, egy többfunkciós MMIC lehetőséget kínál arra, hogy plusz helyet szabadítson fel a nyomtatott áramköri lapokon, amely kisebb méretének köszönhetően könnyebben beilleszthető a különböző készülékházakba az ügyfelek igényeinek kielégítése érdekében. Ez több variációt tesz lehetővé kisebb készülékházakban, ami végül több fejlesztési lehetőséget kínál az ügyfelek számára.

A többfunkciós MMIC-k ugyanúgy fognak kinézni, mint az előző generációs egyfunkciós MMIC társaik. Ez egy egyetlen „chip” lesz, amely ugyanazt a szerepet fogja betölteni az ügyfelek számára, mint azt az előző generációs MMIC-k tették, a különbség csupán abban rejlik, hogy az egyes „chipek” milyen és hány funkció végzésére lesznek képesek (1. ábra). A megnövekedett hely a precízebb funkcionalitásnak köszönhető.

1. ábra Egy többfunkciós MMIC (jobbról) kevesebb lemezterületet foglal el több egyfunkciós MMIC-nél (balról). (Kép: MACOM Technology Solutions)

Az integrációnak köszönhetően a parazita kapacitások miatti veszteségek is lecsökkennek a nyomtatott áramköri lapon. Ezzel együtt kisebb erősítésre van szükség, következésképpen a rendszer teljes energiafogyasztása is lecsökken. A lapka tokozásának költsége kisebb lesz, és az interfészek számának csökkentésével jelentősen javul a mechanikai és termikus megbízhatóság, ami sok esetben kéz a kézben jár a teljes birtoklási költségek növekedésével vagy csökkenésével. Ha az ügyfélnek különféle funkciókra vagy több szabad területre van szüksége a lemezeken, akkor az MMIC-k új generációja erre egyszerűen tökéletes.

↓ a teljes birtoklási költséggel!

Az iparág minden területén a vállalatok a többfunkciós MMIC-k használatára térnek át, és az ügyfeleknek gondosan meg kell majd választaniuk, hogy kitől vásárolnak. A még nagyobb fokú integrációnak köszönhetően az ügyfelek költségei lecsökkennek, a megkülönböztethető szintű funkcionalitáshoz és a teljesítményhez azonban differenciált folyamatokra lesz szükség.

A félvezetői piac egészére az a tendencia jellemző, hogy az integráció a méret csökkenését, ez pedig a költségek csökkenését vonja maga után. A nem a félvezető anyagokkal kapcsolatos költségek – például az összeszerelés és a tesztelés – gyakran munka- és időigényesebbek, ezért egyenesen arányosak a legyártott különálló alkatrészek számával. Az interfészek számának csökkentésével kevesebb összeszerelési lépésre van szükség, ezzel együtt a lehetséges hibapontok száma is lecsökken, ezáltal javul a hozam, és csökken a szükséges tesztvektorok száma is. Ezenkívül az interfészeknek a többfunkciós MMIC-ken belülre kerülésével az ügyfelekre háruló tesztelési munka mennyisége is mérséklődik. Maga a tokozás is költséghatékonyabb. Négy funkció egyetlen tokba foglalása csaknem négyszer olcsóbb, mintha azok négy külön tokban kapnának helyet. Az egyszerűsített tokozásnak köszönhetően a hőtechnikai jellemzők is javulnak, kisebb hűtőbordára van szükség, és az összsúly is csökken.

A teljesítménycéloktól függően differenciált folyamatokra lehet szükség az optimális funkcionalitás eléréséhez a többfunkciós MMIC-n belül. Következésképpen a gazdag és változatos technológiai portfólióval rendelkező félvezetőgyártó vállalatok vannak a legjobb helyzetben arra, hogy a legvonzóbb megoldásokat kínálják fel a rendszertervezőknek. A rendszertervezők azoknak az beszállítóknak fogják a legjobban hasznát venni, akik kiforrott és minősített változatokat tudnak felkínálni a kívánt teljesítmény elérésére.