Galaxy Note 7, iPhone7 Plus, 4代目 Priusの 最新半導体実装解析におけるＸ線・CT活用事例の紹介 2016年 10/11月 SemiConsult 上田弘孝 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 1 本日の最新半導体パッケージ・実装技術紹介内容 １．High Bandwidth Memory (HBM)を用いたGraphic Processor Unit(GPU) ２．70GHz帯ミリ波レーダーのRFICとアンテナボード ３．最新スマートフォンの実装事例２例とApple社A10 Fusionのパッケージ １）Samsung Galaxy Note 7の端末実装の全体像とCoP実装とは？ ２）Apple iPhone 7 Plusの端末実装の全体像とA10 Fusionの構造 ４．ま と め 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 2 High Bandwidth Memory (HBM)を用いたGraphic Processor Unit(GPU) １．HBMとは？ デスクトップPCやノートPCではGPUの使える消費電力に限りがある。一方でGDDR5メモリの消費電 力は性能要求や容量に応じて上昇し続けるため，結果的に，消費電力の枠内へ収めるためには， GPU性能を犠牲にせざるを得なくなるという。 HBMを用いることで、GDDR5の実装面積＆消費電力問題を解決する方策として注目される技術 ２．HBMをワンパッケージに実装した最新のGPUパッケージ プロセッサパッケージの四隅に積み上げられているICがグラフィックスメモリチップで，メモリインタ フェースが実装されたシリコンチップ「Logic Die」（ロジックダイ）の上に「Stacked Memory」（積層メモ リ）として積み上げられている。 Logic Dieの下には，各Logic DieとGPU，そして，基板と接続される端子への配線が組み込まれた 「Interposer」（インターポーザ）があり，それが全体の土台となるパッケージ基板が載る構造だ。 2.5D実装を用いたGPUパッケージ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 3 高速グラフィックボードのＸ線解析への期待！ ◆従来のＸ線装置では、大面積の視野で全体は見えないか、かなり低倍率撮影しかできない。 ◆メイン回路基板上には障害物が多く、目的物を非破壊で観察することは困難に近い。 ◆HBMの断面構造、Siインターポーザ―の積層構造、TSVの形状は確認できるか？ Si interposer 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 4 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐１ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 5 SemiConsult解析追加情報‐１ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 6 最新第4世代Priusの主要Electronic Control Unit(ECU) ﾌｫﾜｰﾄﾞﾘｺｸﾞﾆｼｮﾝｶﾒﾗ Forward recognition camera ITSｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝｺﾝﾋﾟｭｰﾀ ITS Communication Computer ﾌﾞﾚｰｷﾌﾞｰｽﾄAssy Brake Boost Assy ｽﾏｰﾄｷｰｺﾝﾋﾟｭｰﾀASSY (照合ECU) Smart Key Computer Assy ｲﾝﾊﾞｰﾀ・ｺﾝﾊﾞｰﾀAssy Inverter/Converter Assy ｺﾝﾋﾞﾈｰｼｮﾝﾒｰﾀｰAssy Combination meter assy ｴﾝｼﾞﾝｺﾝﾄﾛｰﾙｺﾝﾋﾟｭｰﾀ Engine Control Computer ｴｱｺﾝﾃﾞｨｼｮﾅｱﾌﾟﾘﾌｧｲｱAssy Air Conditioner Amplifier Assy ｴﾝｼﾞﾝﾙｰﾑﾘﾚｰ & ｼﾞｬﾝｸｼｮﾝﾌﾞﾛｯｸAssy Engine room Relay Block & Junction Box Assy HVﾊﾞｯﾃﾘｼﾞｬﾝｸｼｮﾝﾌﾞﾛｯｸAssy HV Battery Junction Block Assy ﾊﾞｯﾃﾘ･ｺﾝﾋﾟｭｰﾀASSY Battery Computer Assy ミリ波ﾚｰﾀﾞｰ MMW Radar ﾍｯﾄﾞﾗﾝﾌﾟRH Head Light Computer RH ﾓｰﾀｰ付きｺﾝﾌﾟﾚｯｻｰASSY Compressor Assy with Motor 2016/10/25,26, 11/01 スロットルコントロ‐ルassy Throttle Control Assy Copyright @ SemiConsult ｲﾝﾊﾞｰﾀｰｳｫｰﾀｰﾎﾟﾝﾌﾟAssy(ﾓｰﾀﾂｷ) Inverter water pump Assy with Motor 7 Prius搭載ミリ波レーダーの構造紹介(2012版MWRadar) ◆ミリ波レーダーは、近距離検知の24GHｚから300メートルレベルまでの情報を得るための高周波（76GHz 前後から100GHzアップまで）が実用化される。 ◆78GHz帯のアンテナ構造と高周波送受信RFICの基板設計やWLPといわれるパッケージの実装が難しい が、その部分をどこまで確認できるか？ メイン基板の表裏写真 他社X線装置でのマップ映像例 ＊資料は2012 年版。 Prius 4Gの ミリ波レーダーは2015年版となる。 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 8 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐２ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 9 MW Radarの高周波送受信ＩＣとアンテナ構造 ◆ミリ波とは、電磁波の中でも、周波数帯域が30GHzから300GHzほどの電波のことである。 60GHz帯の電波は、大気中の酸素分子に吸収されやすく、長距離伝送には不向きである。ま た光に近い性質を持ち、電波の直進性が高いことも大きな特徴のひとつだ。 ◆70GHz帯MW Radarの送受信ＩＣでは、WLP/FoWLPを搭載する機種が主流となっている。 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 10 最新スマートフォンの内部構造・・・・Samsung Galaxy Note 7 ◆携帯電話・Smartphone世界トップメーカーの最新Smartphoneであったが、・・・・。 ◆Smartphoneメーカーとして、世界最初の機能を搭載してきたフラッグシップモデルの１つ。Qualcomm社 チップセットとSamsung社独自のチップセットの複数のラインアップが存在した。 Galaxy Note 7の分割後写真 2016/10/25,26, 11/01 某社X線透過像 Copyright @ SemiConsult UHS社X線透過像 11 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐３ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 12 Galaxy Note 7・Curved AMOLEDの新たなDriver ICの実装 ◆2001年のNEC ・N2001へのPMOLED実装以来15年、携帯電話・Smartphone, Tablet PCへのAMOLED の 搭載が増加し、Apple社も2017以降次世代iPhoneへの曲げられるAMOLED搭載端末投入が予想されてい る。 ◆2010年以降本格採用となったガラス基材に形成されるAMOLEDから、曲げられるという機能を付加する ため、2014年以降ポリイミド基材を用いたPlastic/Flexible AMOLEDを搭載するSmartphoneも登場した。 ◆OLEDドライバーIC実装部位も、ガラス基板上から、Plastic AMOLEDとは別のFPC上、そしてPlastic AMOLED基材そのものへダイレクトに搭載する方向へと進化している。この傾向に伴い、ドライバ―ＩＣ搭載 基材上の配線パターン超微細化、ドライバーIC端子のパッド微細化、接合技術なども大きく変化する。 To be attached LG Gflex2(2015.02) 5.5” PAMOLED 2016/10/25,26, 11/01 Samsung S7 (2016.03) 5.1” AMOLED Samsung S7 edge (2016.03) 5.5” FAMOLED Copyright @ SemiConsult Samsung Note7 (2016.08) 5.7” FAMOLED 13 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐４ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 14 SemiConsult解析追加情報‐２ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 15 最新スマートフォンの内部構造・・・・Apple iPhone 7 Plus ◆Smartphoneという新たな分野を切り開いたApple社iPhoneシリーズ。 ◆Apple社はコンピューターメーカーとしてスタートし、現在はSmartphoneが主要事業となった。 ◆最新のiPhone7シリーズには、「A10 Fusion」と呼ばれる新型CPUが搭載され、InFO WLP™というパッケー ジが採用された。 iPhone 7 Plusの分割後写真 UHS社X線透過像 某社X線透過像 vs 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 16 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐５ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 17 iPhone 7/7 Plusに採用されたApple/TSMC社・InFO WLP PoP ◆2000年以降、携帯電話・Smartphone用A‐CPUデバイスは、高速化（動作ｸﾛｯｸｱｯﾌﾟ、ﾊﾞｽ幅増など）とメモ リの高速化が進み、これら特性要求に伴い、SCPから, PoP, TMV‐PoP, MEPなどと半導体ﾊﾟｯｹｰｼﾞも変化。 ◆Smartphoneの薄型化へ向け、半導体パッケージの低背化も1つの技術要求事項である。 ◆TSMCが開発・提案してきたInFO‐WLPが2016年Apple社iPhone 7 Seriesに採用され、多ピン・低背・高速 メモリアクセス、などの技術要求を満たす新たなA‐CPUのパッケージとしてベールを脱いだ。 Stacked Chip Package (SCP) Package on Package (PoP) Integrated Fan‐Out WLP PoP SemiConsult SemiConsult 2016/10/25,26, 11/01 SemiConsult A10 Fusion & 2GB or 3GB LPDDR4 14.3x15.6x0.95mm(With memory) Copyright @ SemiConsult 18 丸文・ユニハイトシステム解析デモ Ｘ線解析・X線ＣＴ解析 解析事例‐６ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 19 SemiConsult解析追加情報‐３ 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 20 ま と め ◆Ｘ線透過像解析およびＸ線ＣＴ像解析は、非破壊で被観察物の内部構造を観察できる。 ＊分割撮影映像の再構成により、ユニハイトシステム社製装置では、大型の被観察物全体の高倍率な Ｘ線透過像、Ｘ線ＣＴ像解析を可能としてくれた。 ◆しかしながら、内部構造により非破壊のままでのＸ線透過像解析、Ｘ線ＣＴ像解析は万能ではない。 ＊被観察物の厚みが厚いと観察倍率の高い撮影は難しくなる。 ＊断面の形状観察をより正確・鮮明に行う為には、被観察物から撮影の障害となるはんだボールを 除去したり、撮影したい部分を精密切断するなどの適切なサンプル前処理が重要となる。 ◆2.5Dや3D実装が活用されるようになった昨今では、μmからサブマイクロンオーダーの再配線やTSVを含 む被観察物が増えており、またＸ線が透過しやすいアルミ配線や極薄銅配線構造の半導体パッケージや 回路基板が増加している。 ＊アルミ配線を用いたFAMOLEDパネルとドライバIC搭載基板の一体基板へのドライバＩＣ実装 ＊Siインターポーザを用いた高速GPUとハイバンドメモリ（HBM)の銅配線結線構造 ＊高機能化を目指すFan‐out WLPの再配線構造の内装構造の観察を、被観察物の前処理（ある程度の 破壊を伴う）とユニハイトシステム殿のＸ線透過装置、Ｘ線ＣＴ装置との組み合わせにより、目的とする部位 の構造・配線を確認できた。 ◆今回の観察解析では、被観察物の構造と材質などの影響により、原理的にＸ線透過装置やＸ線ＣＴ像解 析装置の限界に挑むような観察を依頼した。配線幅2~3umのアルミ配線、100um厚前後のSiインターポー ザ内の4層銅配線の分離などにおいては、更なる映像の鮮明化や、軽元素金属材料の配線形状が分離で きるような、Ｘ線源・Detectorの機能向上、解析ソフトウェアの更なる向上を期待したい。 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 21 This document was issued by Hirotaka Ueda at SemiConsult 50-10-408 Tana-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi Kanagawa-ken 227-0064 Japan Tel: 81-45-981-0174 Mail: [email protected] 2016/10/25,26, 11/01 Copyright @ SemiConsult 22
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