The Semiconductor Lifecycle SolutionTM
ロチェスターエレクトロニクス：過酷な環境に対応する半導体ソリューションを実現

Rochester Electronics

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過酷な環境下で使用する機器を設計していますか、そしてそのアプリケーションをサポートする半導体の選択肢が少なくなっていることにお悩みではありませんか？

現代社会において、多くのアプリケーションで過酷な環境下で動作するように設計された電子機器が必要とされています。この過酷な環境というのは、極端な温度での操作性でであったり、振動、物理的衝撃、粒子漏れ、静電気放電(ESD)、および電磁波干渉(EMI) に耐える必要性であったりします。

地球上でもっとも過酷な環境に耐える電子ベースの機器を作ることは、いつの時代でも挑戦といえるものです。しかし、そのような環境に耐えられる半導体の数は減り続けているため、元々設備を製造しているメーカーにとって、この課題はますます難しい課題となっています。

現在、多くの半導体製品は、以下のような温度グレードで製造されているのが一般的です。

　商業用：0℃〜70℃
　産業用：-40℃〜85℃
　軍事用：-55℃〜125℃

同様に、対象となる製品がどの程度過酷な条件に耐えられるのかを数値化したものもあります。NEMA(全米電子機器工業)規格やIP(Ingress Protection)規格では、筐体に入る固体や液体をどの程度防ぐことが出来るのかを数値化するための規格となっています。

半導体製品の中には、より高い仕様に対応したものもありますが、大半は民生用アプリケーション向けの仕様となっており、拡張温度範囲や筐体内部への侵入規格などに対応したものは比較的少ないというのが現状です。坑内掘削、自動車、産業用と(工場や鉱山など)、航空宇宙、防衛など、過酷な環境に対応する機器を設計している企業では、これらの用途に対応した半導体製品が必要とされています。同様に、その業務に必要な機器の保守・供給には、組込み部品の製造中止(EOL)の延長が必要となる場合があります。

特に、過酷な条件下で使用可能な半導体パッケージの選択は重要な課題となっています。

半導体パッケージは、その市場規模から、コンシューマー向け、コンピューティング向け、通信向けなどの市場が長い間、仕様決定のための条件として中心となってきたため、過酷な条件下で使用できるような高スペックなパッケージの製品化は見送られることが多く、通常のパッケージに対して、強制空冷、周囲からの遮断、物理的隔離などの対策を施すことで、システムレベルとして過酷な条件に対応しています。

航空宇宙や防衛など、過酷な環境に置かれる産業では、対策として、商用グレードのモジュールを使用できるシステム設計手法を構築し採用することで対応してきました。しかし、この方法は一部の産業分野には不向きであることがわかっています。

半導体製品の仕様に対して過酷な条件下での耐久性を求める設備製造メーカーは、結局のところ機能面で対応することで妥協をしてしまいます。この行き詰まりはどのようにすれば解決できるのでしょうか？

ほとんどの場合、下記に示すような4つの進め方になります：

・環境要件を満足する仕様の半導体製品を、入手可能な限り継続して使用します。しかし、製品ライ
　フサイクルが過去に比べてより短くなっているうえに、生産能力の減少傾向から、対象となる半導
　体製品の入手性は、ますます難しい状況となっています。

・商用グレードの半導体製品に対し、追加の試験を実施し合格した製品を、過酷な条件下で使用でき
　る製品として認定します。しかしながら、このような能力を社内に持つ設備製造メーカーはほとん
　どなく、外部委託先のサポートに頼る必要があります。しかし、すべての外部委託先半導体製品検
　査会社が、適切な試験をするために必要な経験やオリジナル半導体メーカーとの関係を持っている　　
　わけではありません。

・オリジナル半導体メーカーからのサポートにより、必要となる環境要件を満足する半導体製品を選
　別するための特別試験を依頼することが可能となり、オリジナル半導体メーカーにて、認定、およ　
　びテストセットアップを実施します。繰り返しますが、この場合も、専門的なスキルが必要です。

・当初から環境要件を満たすように設計されたASICを委託します。これは一般的に高額で、多くの場
　合コスト的に費用対効果が出にくい手法となります。

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