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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

Copyright @ SemiConsult 12016/10/25,26, 11/01

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


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


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


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


SemiConsult解析追加情報‐１


最新第4世代Priusの主要Electronic Control Unit(ECU)

ｴﾝｼﾞﾝｺﾝﾄﾛｰﾙｺﾝﾋﾟｭｰﾀEngine Control Computer

ｲﾝﾊﾞｰﾀ・ｺﾝﾊﾞｰﾀAssyInverter/Converter Assy

ﾊﾞｯﾃﾘ･ｺﾝﾋﾟｭｰﾀASSYBattery Computer Assy

ﾌｫﾜｰﾄﾞﾘｺｸﾞﾆｼｮﾝｶﾒﾗForward recognition camera

ﾌﾞﾚｰｷﾌﾞｰｽﾄAssyBrake Boost Assy

ITSｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝｺﾝﾋﾟｭｰﾀITS Communication Computer

ｽﾏｰﾄｷｰｺﾝﾋﾟｭｰﾀASSY (照合ECU)Smart Key Computer Assy

ｺﾝﾋﾞﾈｰｼｮﾝﾒｰﾀｰAssyCombination meter assy

ｴｱｺﾝﾃﾞｨｼｮﾅｱﾌﾟﾘﾌｧｲｱAssyAir Conditioner Amplifier Assy

ﾍｯﾄﾞﾗﾝﾌﾟRHHead Light Computer RH

ミリ波ﾚｰﾀﾞｰMMW Radar

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

スロットルコントロ‐ルassyThrottle Control Assyﾓｰﾀｰ付きｺﾝﾌﾟﾚｯｻｰASSY

Compressor Assy with Motor

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

HVﾊﾞｯﾃﾘｼﾞｬﾝｸｼｮﾝﾌﾞﾛｯｸAssyHV Battery Junction Block Assy


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？

他社X線装置でのマップ映像例

メイン基板の表裏写真

＊資料は2012 年版。 Prius 4Gのミリ波レーダーは2015年版となる。




解析事例‐２


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。


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の分割後写真某社X線透過像 UHS社X線透過像




解析事例‐３


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。

LG Gflex2(2015.02)5.5” PAMOLED

Samsung Note7 (2016.08)

5.7” FAMOLED

Samsung S7(2016.03)

5.1” AMOLED

Samsung S7 edge (2016.03)

5.5” FAMOLED

Copyright @ SemiConsult 13

To be attached

2016/10/25,26, 11/01



解析事例‐４


SemiConsult解析追加情報‐２


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の分割後写真某社X線透過像 UHS社X線透過像

vs




解析事例‐５


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

A10 Fusion & 2GB or 3GB LPDDR414.3x15.6x0.95mm(With memory)

SemiConsultSemiConsult

SemiConsult




解析事例‐６


SemiConsult解析追加情報‐３


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。


This document was issued byHirotaka Ueda at SemiConsult

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