다기능 MMIC: 차세대 응용 제품을 위한 크기, 무게, 전력 및 비용 통합

오늘날의 경쟁적인 시장에서 새롭게 개발되는 거의 모든 프로젝트가 엔지니어링 업적이 되고 있습니다. 시스템 설계자들은 더 작은 패키지로 더 많은 기능을 계속적으로 요구하면서 동일하거나 더 낮은 비용의 시장에 서비스를 제공합니다. 다기능 모놀리식 극초단파 통합 회로(MMIC)는 고객에게 저렴한 고집적 장치를 제공하여 이전 단일 기능 MMIC와 동일한 신뢰성 및 성능을 지원하고자 하는 노력으로 설계되었습니다. 엔지니어는 시스템 설계자의 인쇄 회로 기판(PCB)을 위한 공간을 확보해주는 고집적 부품에 기능을 강화하기 위해 MMIC의 혁신을 더 신속하게 처리하고 있습니다. 이러한 추세는 즉시 사라지지 않을 것입니다. 고객은 최적의 크기, 무게 및 전력(SWaP)을 계속적으로 요구하므로 시스템 엔지니어와 설계 팀은 완벽한 솔루션을 찾아야 합니다.

이러한 변화를 주도하는 요인

이러한 요구로 단일 기능 MMIC가 단종되지는 않습니다. 단일 기능 MMIC는 계속 기판 간 여러 응용 제품에 사용되며 개념 증명에도 적합합니다. 그러나 레이더 및 상업용 5G와 같은 오늘날의 응용 제품은 대부분 크기 제약에 직면하고 있습니다. 예를 들어 28GHz에서의 위상 어레이에서 안테나 소자는 약 5mm로 다중 집적 회로(IC)를 위한 공간이 없습니다. PCB 상에서의 실제 공간이 부족해지면서 고주파에 대한 요구는 다기능 통합을 필요로 합니다.

PCB 상에 있는 4개의 단일 기능 MMIC와 하나의 다기능 MMC를 생각해 보겠습니다. 단일 기능 IC를 사용할 경우, 패키징 및 외부 감결합의 오버헤드로 인해 솔루션 크기가 근본적으로 제한됩니다. 패키지 내에서 활성 장치는 공간의 적은 일부만 차지하고 나머지는 패키지 내외로 연결하는 데 오버헤드를 발생시킵니다. 오늘날의 기술은 각 세대에서 크기 및 성능이 계속적으로 개선되어야 합니다. 다기능 MMIC는 PCB 상에서 추가 공간을 확보할 수 있는 기회를 제공하므로 고객의 응용 제품을 충족하기 위해 더 작게 만들어 다른 패키지에 더 쉽게 맞출 수 있습니다. 이를 통해 더 작은 패키지에서 더 많은 변형이 가능하므로 궁극적으로 고객에게 더 많은 개발 기회를 제공할 수 있습니다.

다기능 MMIC는 이전 세대의 단일 기능 MMIC와 동일해 보입니다. 이 단일 "칩"은 각 "칩"이 제공할 수 있는 기능의 규모에 차이가 있지만 이전 세대의 MMIC와 동일한 용도로 고객에게 제공됩니다(그림 1). 공간 증가는 정밀 기능의 산물입니다.

그림 1: 다기능 MMIC(오른쪽)는 여러 단일 기능 MMIC(왼쪽)보다 기판 공간을 덜 차지합니다. (이미지 출처: MACOM Technology Solutions)

통합은 PCB 상의 기생 손실을 감소시킵니다. 결과적으로 이러한 감소는 초과 이득에 대한 필요성을 감소시켜 총 시스템 전력 소비를 줄입니다. 다이 패키징에서 비용이 절감되며, 인터페이스 개수를 줄임으로써 기계적 및 열적 신뢰성(대부분의 경우 총 소유 비용을 발생시킴)이 크게 향상됩니다. 고객이 기판 상에서 다양한 기능 또는 추가적인 공간을 필요로 하는 경우 차세대 MMIC가 적합합니다.

총 소유 비용 감소

업계에 걸쳐, 여러 업체들이 다기능 MMIC로 마이그레이션하고 있으며 고객들은 신중하게 공급업체를 선택해야 합니다. 새로운 수준의 통합으로 고객 비용이 감소할 것입니다. 그러나 기능과 성능을 파악하려면 차별화된 프로세스가 필요합니다

모든 반도체 시장에 공통된 추세에 따라, 통합은 규모를 제공하고 이러한 규모는 비용 절감을 제공합니다. 조립 및 테스트와 같은 비반도체 비용은 노동 집약적이고 많은 시간을 소비하는 경우가 많으므로 생산되는 이산 부품의 개수에 비례하여 증가합니다. 인터페이스 개수를 줄이면 조립 단계 수가 줄고 실패 지점 수도 줄기 때문에 생산율이 향상되고 필요한 테스트 벡터가 감소합니다. 또한, 이제 다기능 MMIC 내부의 인터페이스로 인해 고객이 테스트에 대해 갖는 부담이 더욱 축소되었습니다. 패키징도 비용 효율성을 향상시킵니다. 4개의 기능을 단일 패키지에 포함시키면 4개의 별도 패키지에 나누는 것보다 비용이 적게 듭니다. 결과적으로 간소화된 패키징은 향상된 열 특성을 허용하여 방열판 요구 사항을 줄이고 결과적으로 전체 무게를 줄입니다.

핵심 성능 대상에 따라, 다기능 MMIC 내에서 최적의 기능을 달성하기 위해 차별화된 공정이 필요할 수 있습니다. 결과적으로, 풍부하고 다양한 기술 포트폴리오를 보유한 반도체 회사들은 시스템 설계자에게 가장 흥미로운 솔루션을 제공할 수 있는 최적의 위치에 있습니다. 시스템 설계자는 원하는 성능을 달성할 수 있도록 안정되고 검증된 변형을 제공할 수 있는 벤더로부터 혜택을 받을 수 있습니다.