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半導体製造をより持続可能にするための化学プロセス 半導体製造をより持続可能にするための化学プロセス 1 min Blog 購買・調達マネージャー 製造技術者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー 製造技術者 製造技術者 現代生活に不可欠である半導体製造は、エネルギーと資源を大量に消費する産業であり、電気、水、化学薬品、プロセスガスの消費が増えることで、エネルギー使用量と環境への影響が大きくなるという不幸な現実があります。これは、高度なチップ製造の複雑さが増すことと需要が増加することでさらに悪化しています。 「現在の成長パスがそのまま続けば、 今後数年間で半導体生産による炭素排出量は年約8%増加し2045年ごろにピークに達するだろう」とボストン・コンサルティング・グループは述べています。 これらの課題に対応し、世界中の政府が より厳しい環境規制を実施し始める中での圧力が増す中、半導体産業は、より環境に優しいプロセスに向けたイノベーションイニシアチブと研究開発努力を目指しています。代替ソリューションが注目を集め始めています。 ここでは、企業が直面する主要な課題と、半導体生産をより持続可能なものにするために化学プロセスがどのように進化しているか、そしてその移行を先導している業界リーダーについて詳しく掘り下げます。 持続可能性を達成するための重要な課題 地球温暖化ポテンシャル（GWP）：特定の期間（通常は100年）にわたって、温室効果ガスが大気中に閉じ込める熱の量を、二酸化炭素（CO₂）と比較して測定したものです。GWPが高いガスは、地球温暖化により大きく寄与します。 半導体製造をより持続可能なものにする最大の障害の一つは、製造に使用される多くの化学物質が、プロセスに不可欠でありながら環境に有害であるという事実です。必要であるとしても、適切に管理されない場合、これらの物質はしばしば有毒であり、人の健康と環境にリスクをもたらします。これらの化学物質から生じる廃棄物も処分が困難であり、さらなる環境問題を引き起こすことがあります。 半導体産業は、高いGWPガスの放出や膨大な水とエネルギーの消費により、その顕著な環境への影響で批判を受けています。これらの化学物質は半導体の機能性と性能には不可欠ですが、その環境への影響を完全に理解するには、少し遡って考えるだけで十分です。 1970年代から1990年代にかけて、アメリカ合衆国が半導体生産の主要勢力であった時期には、製造工場に関連する環境ハザードが広く認識されていませんでした。この期間中、多数のファブ（半導体工場）が存在するシリコンバレーは、連邦政府の清掃対象リストである国家優先事項リストに掲載されるほど汚染されたスーパーファンド（環境浄化対象地域）の場所となりました。例えば、1968年から1981年にかけて稼働していたIntelのサイトでは、EPA（環境保護庁）が地下水中にヒ素、クロロホルム、鉛を含む十数種の汚染物質を特定しました。 現在、業界は持続可能性に対して積極的かつ先見的な姿勢を取っていますが、これらの出来事は技術進歩と環境保全のバランスの重要性を強調しています。 半導体製造における化学物質の役割 半導体製造は、エッチング、クリーニング、ドーピング、材料のパターニングに不可欠な様々な化学プロセスを含みます。これらの化学物質は高性能チップの生産に必要ですが、しばしば危険な廃棄物や温室効果ガスの排出といった重大な環境上のデメリットを伴います。例えば： エッチング：ウェハー表面から材料の層を取り除き、チップの機能を定義する複雑なパターンを作成します。エッチングプロセスに使用されるパーフルオロカーボン（PFC）は、高度なマイクロチップに必要な詳細な構造を作成する効果があるため、ほぼ置き換えが不可能です。残念ながら、これらのガスは二酸化炭素よりも何千倍も高いGWP（地球温暖化ポテンシャル）を持っており、気候変動への影響が不釣り合いに大きいです。 クリーニング：ウェハーは、不純物を取り除くために、さまざまな段階で入念にクリーニングする必要があります。溶剤、酸、および塩基の使用は、半導体デバイスに必要な極端な純度レベルを達成するために不可欠です。残念ながら、これらの化学物質はしばしば有害であり、大量の廃棄物を生じさせます。 ドーピング：半導体材料に不純物を添加してその電気的特性を変更するプロセスです。アルシンやフォスフィンのような非常に有毒な化学物質がドーピングに一般的に使用されます。 持続可能性のための化学プロセスの革新 これらの化学プロセスの環境への影響を認識し、半導体産業は生産をより持続可能にするための代替手段や革新を積極的に探求しています。ここでは、最も有望な開発のいくつかを紹介します： より環境に優しい溶剤と洗浄剤 記事を読む
柔軟な回路設計で避けるべき一般的な間違い 柔軟な回路設計で避けるべきトップ10の一般的な間違い 1 min Blog PCB設計者 購買・調達マネージャー 製造技術者 PCB設計者 PCB設計者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー 製造技術者 製造技術者 フレキシブル回路の設計は、経験豊富なPCB設計者でさえも難しいと感じる独特の課題を提示します。フレキシブル回路は重量の削減、スペースの節約、複雑な形状への適応能力など、重要な利点を提供しますが、細部に注意を払う必要があります。この投稿では、フレキシブル回路設計でよくある間違いと、それらを避ける戦略について探ります。 1. 曲げ半径の要件を無視する 曲げ半径は、フレキシブル回路設計において重要なパラメータです。これは、 フレキシブル回路を損傷を引き起こさずに曲げることができる最小の半径を指します。この限界を尊重しないと、材料の疲労、亀裂、そして最終的には回路の故障につながる可能性があります。 間違い: 設計者は、スペースの制約やその重要性の理解不足のために、正しい曲げ半径を無視することがあります。この見落としは、限られた回数の曲げ後に故障しやすい設計につながる可能性があります。 回避する方法：問題を避けるためには、材料の厚さ、種類、層数に基づいて適切な曲げ半径を計算し、それに従うことが重要です。一般的なガイドラインとして、フレックス回路の厚さの少なくとも10倍の曲げ半径を維持することが推奨されます。この基準に従うことで、銅のトレースと誘電体材料への不当なストレスを防ぎ、回路の寿命を延ばすことができます。 フレックスPCBにおける静的曲げと動的曲げの詳細を学ぶ 2. 不適切な材料選択 フレキシブル回路設計における 材料の選択は、回路の性能、柔軟性、耐久性に大きな影響を与えます。間違った材料を選択すると、回路の効果が損なわれ、早期に故障する可能性があります。 間違い：よくある間違いは、特定の用途に適しているかどうかを考慮せずに、コストだけに基づいて材料を選択することです。例えば、頻繁に曲げる必要があるアプリケーションで、硬すぎる材料を選択すると、初期コストは抑えられるかもしれませんが、回路の故障につながる可能性があります。 それを避ける方法：材料選択は、アプリケーションの要件によって決定されるべきです。例えば、ポリイミドはその高い熱安定性と柔軟性のために人気がありますが、環境条件や特定の使用ケースに応じて、他の材料の方が適切な場合もあります。さらに、接着層にも注意を払うべきです。これは、回路の全体的な柔軟性と耐久性において重要な役割を果たします。 3. トレースルーティングにおける鋭角 フレキシブル回路のトレースルーティングは、特に回路が頻繁に動かされたり、曲げられたりするアプリケーションでは、機械的信頼性を確保するために慎重な検討が必要です。 間違い：一般的に、硬質PCBのトレースルーティングは鋭角で行われます。これは、曲げられたときにストレス集中の場所を作り出し、トレースに物理的な損傷を引き起こす可能性があります。 それを避ける方法：フレキシブル回路の場合、鋭角ではなく、滑らかで徐々に曲がるカーブでトレースをルーティングすることが望ましいです。鋭い曲がり角はストレスを集中させ、トレースの亀裂や剥離のリスクを高めます。さらに、可能な場合はより広いトレースを使用することで、曲げに対する機械的耐久性が向上します。 記事を読む
EMI制御をマスターするPCB設計：EMCのためのコンポーネント配置 EMI制御の習得：EMCのためのPCB設計における部品配置 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 この PCB設計におけるEMI制御をマスターするシリーズの第2記事では、電磁干渉（EMI）の低レベルを維持するための重要な概念の1つについてさらに詳しく掘り下げます。 ボードの分離、または ボードのパーティショニングとしても知られているこの方法は、プリント回路基板（PCB）の異なる回路部分を整理して分けるために使用されます。これにより、特にEMIの観点から、ボードの全体的な性能が向上します。この技術は、電磁干渉を減少させるだけでなく、PCB設計の信号整合性を向上させるのにも役立ちます。 これらの技術の背後にある原則には、次のものが含まれます： 高周波デジタル信号の高エネルギー内容を含有する。 ボード内の異なるタイプの回路間での共通インピーダンス結合を避ける。 外部干渉への免疫を向上させ、放射を減少させるために電流ループ領域を減少させる。 高速信号と低速信号及びその高調波 最初の概念は、急速に切り替わる信号によって生じる高エネルギー高調波の内容を制御し、その電流が時間とともにどれだけ迅速に変化するかについてです。電流の変化率が高いほど、信号の高調波エネルギーが増加し、放射の可能性が高くなります。 第二の概念は、信号のリターン電流が信号の周波数によって変化するということです。これは、信号が伝播中に遭遇するインピーダンスが、導体の抵抗だけでなく、その容量と、最も重要な、そのループインダクタンスも含むためです。信号の周波数が増加するにつれて、周波数に依存するインダクタンス成分（インピーダンスの一部）が大きくなります。 リターンパスの違い 電流は常に最小のインピーダンスの経路を求めるため、信号の周波数が増加すると、リターン電流はインダクティブループを最小限に抑えるために信号電流に密接に従うことが重要です。逆に、信号の周波数が低い場合、インダクタンスが小さくなり、インピーダンスの抵抗成分が支配的になります。 この段階では、リターン電流は最小の抵抗の経路を見つけるために導体の表面全体に広がります。PCB設計者にとって重要な点は、リターン電流の源への戻り経路が信号の周波数に依存するということです。 図1 - Altium Designerにおける周波数に基づく異なるリターン電流経路の例 PCB設計者としての私たちの仕事は、これらのリターン電流間の干渉を最小限に抑え、共通インピーダンス結合を避けることです。これにより、電磁放射を引き起こす可能性があります。これを実現するために、PCB内に特定のゾーンやセクションを作成し、それぞれを特定のタイプの回路に専用することができます。これにより、電流ループも減少し、差動モード電流からの放射が少なくなります。 異なる回路のリターン電流経路をさらに隔離するために 記事を読む
BOMレビューにおける私のお気に入りのツールに関するブログ BOMレビューにおける私のお気に入りのツール 1 min Blog 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー BOMに調達できない部品が含まれていることに気づくのは、思っているよりも一般的な問題です。EDAソフトウェアで提供されるリアルタイムのサプライチェーンツールを駆使しても、設計者は注文をかけようとした段階で部品が突然在庫切れになっていることに気づくことがあります。関連する問題として、部品が突然EOL（製造終了）になったり、メーカーからの通知なしに廃止されたりすることがあります。 これらの事態が発生した場合、いずれかの時点で再設計を行い、基板を作り直さなければなりません。再設計を実施するために必要な時間は、部品を発注する直前に再設計が必要になった場合に最も長くなります。設計サイクルの終わりまでBOMのチェックを待つのではなく、PCB設計プロセスの戦略的なポイントで定期的にBOMレビューを実施することがはるかに良いです。シンプルな部品の交換を早期に発見すること、例えばまだ回路図を設計している間に発見することが、配置やルーティングを変更して部品交換に対応しなければならない状況よりも望ましいです。 BOMレビューは、適切なサプライチェーンツールがあれば、厳しい作業である必要はありません。この記事では、BOMレビューをどのように行っているか、そしてPCB設計プロセスを進める中で、そのようなレビューがどのように迅速に情報を提供できるかをお見せします。 BOMレビューとは何か？ BOMレビューは、PCBプロジェクトのBOMを定期的にチェックし、在庫、価格、リードタイム、ライフサイクルステータスの変更がないかを確認する作業です。BOMレビューの目的は、PCBが生産に入る前に、調達できないコンポーネントやBOMの誤った情報を特定することです。設計が完了する前にこれを行うことで、BOMに調達できないコンポーネントが見つかった場合の再設計作業を最小限に抑えることができます。 多くの場合、BOMは最終化されてから設計が生産に移されるまでの間、ほとんどレビューされることはありません。設計が完成するまでサプライチェーンを調査し始めないと、最後の瞬間にコンポーネントの交換を余儀なくされるリスクをデザイナーは負うことになります。回路図の完成からコンポーネントの購入までの間にレビューを行うことで、必要な交換を早期に発見できます。この方法で、レイアウトとルーティングが完了する前に交換を実施でき、設計への影響を最小限に抑え、設計サイクルの時間とコストを削減できます。 私のお気に入りのツールでBOMレビューを瞬時に行う 正直に言って、BOMレビュー、回路図レビュー、 PCBレイアウトレビューなど、設計レビューを行うのは誰も好きではありません。時間がかかる上に、レビュー中に何を探しているのか実際には分からないことが多いです。BOMレビューでは、適切なツールを使用し、設計プロセスでレビューのための時間を確保することで、はるかに迅速に行うことができます。 ディストリビューターのウェブサイト 一部のディストリビューターのウェブサイトでは、ユーザーがBOMファイルをアップロードできるようになっています。通常はExcelまたはCSV形式です。これは新しい注文を開始するときに行うプロセスと基本的に同じです。BOMがアップロードされると、プラットフォームは会社の在庫を検索し、BOMの部品と照合します。その後、ディストリビューターのウェブサイトは、在庫不足やライフサイクルの状態のために調達できないBOMの部品を教えてくれます。 在庫切れや廃止された部品を見つけるために、Digi-Keyのリスト機能など、ディストリビューターのウェブサイトを使用できます 上のスクリーンショットはDigi-Keyのリスト作成システムを示しており、在庫がない部品や廃止された部品はユーザーにフラグが立てられます。プロジェクトの完成前にいつでもBOMをアップロードしてこの作業を行い、これらの部品の交換に必要な時間を短縮できます。 OctopartのBOMツール 問題は、ディストリビューターのウェブサイトにアクセスすると、数十のディストリビューターが存在し、Digi-KeyやMouserのようにBOMアップロードシステムを持っているわけではないことです。代わりに、すべてのディストリビューターの在庫を表示するプラットフォームが必要です。 ここで私が好んで使用するのが OctopartのBOMツールです。BOMツールを使用すると、BOMのExcelシートをアップロードし、列を迅速にマッピングし、ディストリビューターの在庫を検索して利用可能性を確認できます。複数のディストリビューターを選択して部品をスキャンし、検索することができ、単一のディストリビューターのウェブサイトで見つかるのと同じ情報を得ることができます。 BOMツールのこのビューは、EOL/NRND/廃止された部品を示しています サードパーティのサプライチェーンプラットフォームはどうでしょうか？多くのデザイナーが気づいていないのは、多くのサードパーティ物流プロバイダー（3PL）が実際にはデータアグリゲーターからサプライチェーンデータを取得していることです。そして、ほとんどの場合、そのデータアグリゲーターはOctopartです。もし3PLが調達問題を示すBOMビューを提供しているなら、BOMレビューに活用しましょう！ Altium 記事を読む
プロのPCBデザイナーのためのBOM管理のベストプラクティス プロのPCBデザイナーのためのBOM管理のベストプラクティス 1 min Blog 電気技術者 購買・調達マネージャー 電気技術者 電気技術者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー 正直に言いましょう、電子部品調達における最大のマーケティングのキーワードの一つがBOM管理です。誰と話しているかによって、それは多くのことを意味し、同時に何も意味しないことがあります。どうして一つの用語がそんなに広く使われ、それでいてあまりにも実行可能なアドバイスを生み出さないのでしょうか？ このような状況が発生する理由は、マネージャーが実際のプロセスをに導入しないこと、そして設計チームが自分たちのツールを活用して実際のプロセスを実装できることに気づかないからだと思います。そこで、この記事では、BOM管理で実際に機能するものを明らかにし、BOM管理プロセスの具体的な目標をいくつか述べたいと思います。 BOM管理の（理想的な）目標 BOM管理という用語は少し使い過ぎであいまいですが、BOM管理を3つの可能な目標に絞り込むことができると思います： BOMが正確な調達情報を持っていることを確認する 各BOMラインをライブラリコンポーネントに指し示す すべてのBOMに対してこれを行うプロセスを実装する 次に、 なぜかという問題です：必要に応じて、設計データ内の部品を適切な代替品に迅速に置き換えることができるように、すべてを迅速に調達できることを確実にしたいのです。 供給チェーンデータアグリゲータ、物流プラットフォーム、在庫管理システムなどの開発が進んでいるにもかかわらず、BOMの正確性をサポートするプロセスは、複数のプラットフォームやカスタムソフトウェアを使用することが中心となっています。ツールは存在しますが、それぞれが異なるプロセスを実装しており、特に個々のデザイナーにとってはそれが顕著です。 そこで疑問が生じます。プロフェッショナルはどのようにしてBOMに常に正確なデータを保持しているのでしょうか？ EDAソフトウェアには、非常に正確でスケーラブルなBOM管理プロセスをサポートするためのいくつかのシンプルな実践と機能があります。 常に部品を電子部品供給チェーンにリンクさせる 一部のデザイナーにとって、ライブラリパーツは単にシンボル、フットプリント、そしてパッケージ指定子としてのパラメーターに過ぎません。これは、受動部品のライブラリを維持しているデザイナーにとっては確かに当てはまります。統合回路にのみメーカー部品番号を割り当てるデザイナーをよく見かけますが、設計に現れる他のどの部品にもそれを行わないことが一般的です。そして、これを行うデザイナーは、供給業者の部品情報を追加することも確実にありません。 自分でコンポーネントを作成する場合は、コンポーネントのパラメーターで同じ製造元と部品番号の識別子を使用するようにしてください。たとえば、下記の設計では、「Manufacturer」と「Manufacturer Part Number」を使用して、供給チェーンでコンポーネントを検索するために使用できる基本情報を保持しています。 コンポーネントのパラメーターに基本的な部品情報と供給チェーン情報を含めてください。 この設計者グループは、設計が完了するまでBOMのための部品選択を待っています。基本的に、彼らは回路図を作成する際にコンポーネントを選択しますが、設計が完了した後、組み立て前に再度コンポーネントを選択する必要があります！ ライブラリパーツに完全な情報がある場合、多くの二重設計作業を省くことができます。ライブラリを一から構築するか、ベンダーのCADデータから、またはオープンソースライブラリからであるかに関わらず、各ライブラリパーツには次のものが必要です： 記事を読む
高速PCBのチャネル帯域幅 チャネル帯域幅：高速PCBインターコネクトを適格化する正しい方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 半導体メーカーや非専門家からの高速PCB設計ガイドラインを読むと、常に立ち上がり時間を使って信号完全性を分析することが話題になります。信号の立ち上がり時間は重要で、EMI、クロストーク、遅延調整許容差などを決定します。設計がギガビット毎秒のデータレート以上で動作する場合、立ち上がり時間は通常、遅延調整で終わり、他のすべての信号完全性要因は周波数領域で分析されます。 プロの設計者は、単純な指標である帯域幅の観点で考えます。帯域幅が言及されると、初心者設計者は直ちに膝周波数を信号帯域幅の尺度として挙げます。これは完全に間違っています。物理的な伝送路によって減衰された後でも、すべてのデジタル信号は無限の帯域幅を持っています。 しかし、マルチGbpsの速度で設計する場合、関連する帯域幅はチャネル帯域幅です。言い換えれば、これは伝送路が最小限の減衰や反射で信号を強力に伝送できる周波数範囲です。Sパラメータから帯域幅をどのように決定するかの基本的な理解は、1 Gbpsを超えて作業したい人にとって必須です。 帯域幅の定量化方法 帯域幅は、周波数範囲の測定から決定することができます。すべてのデジタルインターフェースには帯域幅要件があり、送信機と受信機を接続する物理チャネルは、特定の範囲の周波数（DCからある最大周波数まで）内で一定量の帯域幅を許容しなければなりません。別の言い方をすると、帯域幅の仕様は次のように記述できます： 物理チャネルは、DCからある最大周波数までの周波数範囲内で、過度に電力を吸収または反射してはなりません。 物理チャネル（つまり、伝送線）が十分な帯域幅を提供しているかどうかは、Sパラメータプロットを見ることで確認できます。伝達関数やTパラメータなど、他にも使用できるパラメータプロットがありますが、最も一般的なのはSパラメータの使用です。 以下に示されている一対の差動ブラインドビアのリターンロスプロットを考えてみましょう。これは約70 GHzで-10 dBの限界に達します。このチャネル（インピーダンスが100オームの差動ペアに接続されたブラインドビア）は70 GHzの帯域幅を持っていると言えます。 Sパラメータプロットや伝達関数プロットを見るとき、チャネルの最大帯域幅を決定する一貫した定義を持つ必要があります。Sパラメータプロットにおいて、事実上の帯域幅制限は、リターンロスが-10 dBに達する最低周波数です。上記の例のプロットでは、問題の伝送線はリターンロススペクトラムに基づいて23 GHzの帯域幅を提供できるとされます。 これは普遍的な標準ではなく、異なるインターフェースは使用される伝送線に対して異なる要件を持つことに注意すべきです。例えば、802.3ワーキンググループによる224G PAM-4シグナリングの研究では、帯域幅制限は-10 dBのリターンロスではなく、-15 dBのリターンロスで定義されています。 チャネル帯域幅はデータレートとどのように関連しているのでしょうか？ 記事を読む
電気技術者が、現代の電子ラボでデュアルモニターを使用して、電子部品表管理ソフトウェアを活用しながらPCB設計に協力しています。 BOM管理の基本：製品デザイナーのためのコンセプトからプロトタイプまで 1 min Blog 電気技術者 購買・調達マネージャー 電気技術者 電気技術者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー 正確なBOM管理で、電子設計を予定通り、予算内で納品しましょう。効果的な電子部品表(BOM)を作成するためのツールや戦略を探求しましょう。 記事を読む