MMIC multifuncionales: Integración de tamaño, peso, potencia y costo para aplicaciones de última generación

En el competitivo mercado actual, casi todos los proyectos nuevos se convierten en una hazaña de ingeniería. Los diseñadores de sistemas continúan exigiendo más funcionalidad en un paquete más pequeño, mientras atienden el mismo mercado o el de menor costo. El circuito integrado de microondas monolítico multifuncional (MMIC) se diseñó en un esfuerzo por brindar a los clientes una unidad asequible y altamente integrada que ofrezca la misma confiabilidad y rendimiento que los MMIC de función única anteriores. Los ingenieros están acelerando la evolución de los MMIC para reforzar la funcionalidad en partes altamente integradas que liberan espacio para las placas de circuito impreso (PCB) de los diseñadores de sistemas. Esta tendencia no se disipará pronto; los clientes seguirán exigiendo tamaño, peso y potencia óptimos (SWaP), dejando el desafío a los ingenieros de sistemas y los equipos de diseño para encontrar la solución perfecta.

¿Qué está impulsando este cambio?

Esta demanda no hace que los MMIC de función única sean obsoletos; todavía sirven para múltiples aplicaciones en todos los ámbitos y son excelentes como prueba de concepto. Sin embargo, muchas de las aplicaciones actuales, como el radar y la 5G comercial, enfrentan limitaciones de tamaño; el paso de los elementos de antena en una matriz en fase a 28 GHz, por ejemplo, es de solo 5 mm, lo que no deja espacio para múltiples circuitos integrados (CI). La necesidad de una frecuencia más alta requiere la integración multifunción, ya que el espacio en la PCB se vuelve escaso.

Imagine cuatro MMIC de función única en una PCB en lugar de uno multifuncional. Al utilizar CI de función única, el tamaño de la solución está fundamentalmente limitado debido a la sobrecarga de empaquetado y al desacoplamiento externo; dentro de un paquete, el dispositivo activo ocupa solo un pequeño porcentaje de espacio y el resto está por arriba para conectarse dentro y fuera del paquete. La tecnología actual debe mejorar continuamente su tamaño y rendimiento con cada generación. Un MMIC multifuncional presenta la oportunidad de liberar espacio adicional en la PCB, haciéndolo más pequeño y más fácil de encajar en diferentes paquetes para cumplir con la aplicación del cliente. Esto permite una mayor variación en un paquete más pequeño, lo que finalmente brinda más oportunidades de desarrollo para el cliente.

Los MMIC multifuncionales tendrán el mismo aspecto que los MMIC de función única de la generación anterior; este único "chip" tendrá el mismo propósito para el cliente que los MMIC de la generación anterior, con una diferencia en la cantidad de funciones que cada "chip" puede cumplir (Figura 1). El mayor espacio es producto de una funcionalidad más precisa.

Figura 1: Un MMIC multifunción (derecha) ocupa menos espacio en la placa que varios MMIC de función única (izquierda). (Fuente de la imagen: MACOM Technology Solutions)

La integración reduce las pérdidas parasitarias en las PCB. A su vez, esto reduce la necesidad de ganancia excesiva, lo que reduce el consumo total de energía del sistema. El costo se reduce en el empaque de la matriz y al reducir el número de interfaces, la confiabilidad mecánica y térmica, que en muchos casos impulsa los costos totales de propiedad, se mejora enormemente. Si el cliente requiere varias funciones o más espacio en su placa, la nueva generación de MMIC es ideal.

Impulsando el costo total de propiedad ↓

En toda la industria, las empresas están migrando a MMIC multifuncionales y los clientes deberán elegir cuidadosamente a sus proveedores. Los nuevos niveles de integración reducirán el costo del cliente; sin embargo, se requerirán procesos diferenciados para discernir la funcionalidad y el rendimiento.

Siguiendo la tendencia común a todos los mercados de semiconductores, la integración trae escala y la escala trae reducciones de costos. Los costos de los no semiconductores, como el ensamblaje y la prueba, a menudo requieren más mano de obra y tiempo y, por lo tanto, escalan linealmente con el número de componentes discretos producidos. La reducción del número de interfaces reduce el número de pasos de ensamblaje y también reduce el número de puntos de falla, lo que mejora el rendimiento y reduce los vectores de prueba requeridos. Además, con las interfaces ahora internas del MMIC multifunción, la carga de la prueba con el cliente se reduce aún más. El empaquetado también es más rentable; incluir cuatro funciones en un solo paquete es casi cuatro veces menos costoso que dividirlo en cuatro paquetes separados. A su vez, el empaquetado simplificado permite mejores características térmicas, lo que reduce los requisitos del disipador de calor, lo que da como resultado un peso total menor.

Según los objetivos clave de rendimiento, pueden ser necesarios procesos diferenciados para lograr funcionalidades óptimas dentro del MMIC multifunción. En consecuencia, las empresas de semiconductores con una cartera de tecnología rica y diversa están justificadamente mejor posicionadas para ofrecer las soluciones más atractivas a los diseñadores de sistemas. Los diseñadores de sistemas se beneficiarán de los proveedores que pueden ofrecer variantes maduras y calificadas para lograr el rendimiento deseado.