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半導ICパッケージは5GミリSにはAiPへ

半導ICパッケージがjきく変わりそうだ。5G(5世代の携帯通信\術)には、アンテナをICパッケージの屬棒するAiP(Antenna in Package)\術を採することになりそうだ。それも高周S(RF)v路のICやアンテナ周りをテストするための桔,箸靴董OTA(Over the Air)\術を使う可性も出てきた。

図1 National Instruments主のNIWeek 2019のt会場風景 NIWeek 2019会場にて撮影

図1 National Instruments主のNIWeek 2019のt会場風景 NIWeek 2019会場にて撮影


National Instrumentsが主するNIWeek 2019(図1)最jのトピックは、5GミリS通信の半導テスターだったが、このトピックに随して、RF ICのパッケージがjきく変わりそうだ。このAiPに関するBが半導テスターのトピックとして{_した。業c関係vによると、湾のファウンドリであるTSMCや、OSATであるASEが、その設にすでにDり組んでいるという。

5Gはこれから本格的なミリS時代を迎える。周S数が24GHzないし28GHzから、39GHz、さらには60〜70GHzへと向かうこれからのミリS時代こそ、20/10Gbpsをpできるようになる。サブ6GHzでは10Gbpsは到f望めない。ミリS時代にはICパッケージの屬縫▲鵐謄柄濃劼載ることになる。

ミリSとはS長が1mmにまで]くなる電Sを指す。光の]度は3×10の8乗m/秒であるから、厳密には1mmS長は30GHz以屬砲覆襦かつては30GHz未満の周S数をミリSと言ったが、最Zでは24GHzもミリSという表現をとることがHい。

アンテナは、電Sを共振\幅するであるため、S長、あるいは1/2S長、1/4S長といった長さで、共振_として設してきた。3GHzなら1cm、300MHzだと10cmとなる。これまではICで使われている数mmの長さよりもずっと長く、ICのサイズとはかけ`れていた。

ところが、ミリSとなるとICで実現するサイズとほぼ同じになってくる。そうなるとRF ICチップのパッケージ屬縫▲鵐謄柄濃劼侶狙が可Δ砲覆襦8率良くミリSをアンテナで\幅、さらにパッケージ内のRFv路でも\幅することができる。ミリSのアンテナ設では、小さなアンテナ素子をアレイXに並べた平Cアンテナを使う。このアレイ平CアンテナをICパッケージの屬吠造戮襪里任△襦

来の携帯電Bの電Sだと360度軌未鉾瑤鵑任い燭、ミリSのように電磁Sの周S数が高くなると、電Sは直線的に飛ぶようになる。このため、携帯端と基地局とは平Cアンテナを端の向きに変えなければならない。これをQアンテナ素子から発oされる電Sの振幅と位相を変えることで実現する。これをビームフォーミングと言い、平Cアンテナをw定したまま、ビームの向きを端に応じて変えることができる。

ビームフォーミング\術は実は防ナ\術のkつであるレーダーから来ている。昔のレーダーは電Sの向きを変えて360度カバーするためにアンテナをぐるぐるvしていた。機械的なv転は風Uにさらされると、さびや汚れなどの影xでv転がスムーズにいかなくなることがHく、信頼性がKい。このため最Zの防ナ兵_などではアレイXの平Cアンテナとビームフォーミングによって、v転させないレーダーに代わっている。このアンテナ素子を5Gのアンテナとして、RF ICのパッケージ屬坊狙するのである。

ビームの振幅と位相を瞬時に次々と変えるためにはロジックv路が要になる。実的にはデジタルのロジックLSIでU御する。端が複数k斉に通信するとなると、ビームフォーミングはそれぞれの端に向けたビームの形を時分割などの\術で切りえていく。どのようにして切りえるか、その最適な切りえ気離▲襯乾螢坤爐粒発も要になる。


図2 16本のアンテナ素子からの16の信、鯀p信するためのテスト法をNIは考案、実施している NIWeek 2019会場にて撮影

図2 16本のアンテナ素子からの16の信、鯀p信するためのテスト法をNIは考案、実施している NIWeek 2019会場にて撮影


アンテナをICパッケージに形成した例を、今v見ることができなかったが、NIは16個の送p信信、魍稜Г垢襪燭瓩RF ICのテストE困魍発している(図2)。ミリSの信ネ昊_やp信_を試作開発している。

AiP時代になると、ICのテスト法も変わり、これまでのプローブを電極に当てる桔,任呂覆、プローブの電Sを飛ばすOTAによってワイヤレスでテストすることになりそうだ。OTAのテスト法は、これから半導噞でも通信噞でも須になる。

(2019/05/28)

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