MMIC multifonctions : intégration de la taille, du poids, de la puissance et du coût pour les applications nouvelle génération

Sur le marché compétitif actuel, les nouveaux projets deviennent presque tous une prouesse technique. Les concepteurs de système continuent d'exiger davantage de fonctionnalités dans des boîtiers plus petits, et ce, à un prix similaire ou inférieur. Le circuit intégré monolithique hyperfréquence (MMIC) multifonction a été conçu dans une volonté d'offrir aux clients une unité abordable hautement intégrée fournissant la même fiabilité et les mêmes performances que les précédents MMIC monofonctions. Les ingénieurs accélèrent l'évolution des MMIC afin de renforcer les fonctionnalités des composants hautement intégrés qui libèrent de l'espace pour les cartes à circuit imprimé des concepteurs de système. Et la tendance n'est pas près de disparaître. Les clients vont continuer à exiger une taille, un poids et une puissance (SWaP) optimaux, mettant ainsi les ingénieurs système et les équipes de conception au défi de trouver la solution idéale.

Quel est le moteur de ce changement ?

Cette exigence ne rend pas les MMIC monofonctions obsolètes. Ces derniers continuent de servir diverses applications et sont très utiles pour les démonstrations de faisabilité. Cependant, de nombreuses applications actuelles, comme la 5G pour les radars et le commerce, sont confrontées à des contraintes liées à la taille. Par exemple, le pas des éléments d'une antenne dans un réseau à commande de phase à 28 GHz est de 5 mm seulement, ce qui ne laisse pas d'espace pour inclure plusieurs circuits intégrés. Le besoin d'une fréquence plus élevée nécessite une intégration multifonction à mesure que l'espace sur la carte à circuit imprimé devient rare.

Imaginons une carte à circuit imprimé avec quatre MMIC monofonctions et une autre avec un seul MMIC multifonction. Avec des circuits intégrés monofonctions, la taille de la solution est fondamentalement limitée en raison du conditionnement et du découplage externe. Dans un boîtier, le dispositif actif occupe seulement un faible pourcentage de l'espace, le reste étant utilisé pour les raccordements. La technologie actuelle doit continuellement améliorer la taille et les performances de chaque génération. Un MMIC multifonction offre la possibilité de libérer plus d'espace sur la carte à circuit imprimé, car il est plus petit et plus facile à insérer dans différents boîtiers pour répondre à l'application du client. Cela permet plus de variations dans un boîtier plus compact, ce qui se traduit par davantage de possibilités de développement pour le client.

Les MMIC multifonctions ressemblent aux MMIC monofonctions de la génération précédente. La « puce » simple joue le même rôle pour le client que celui des MMIC de la génération précédente, la différence étant le nombre de fonctions que chaque « puce » est capable d'assurer (Figure 1). Le gain d'espace est le produit de fonctionnalités plus précises.

Figure 1 : Un MMIC multifonction (à droite) occupe moins d'espace carte que plusieurs MMIC monofonctions (à gauche). (Source de l'image : MACOM Technology Solutions)

L'intégration réduit les pertes parasites sur les cartes à circuit imprimé. Cela réduit alors la nécessité d'un gain excessif, diminuant ainsi la consommation énergétique totale du système. Le coût est réduit dans le boîtier de la puce et grâce à la réduction du nombre d'interfaces, la fiabilité mécanique et thermique (qui détermine très souvent les coûts totaux de possession) est grandement améliorée. Si le client souhaite diverses fonctions ou plus d'espace sur la carte, la nouvelle génération de MMIC est parfaite.

Réduire le coût total de possession

Dans l'ensemble de l'industrie, les sociétés se tournent vers les MMIC multifonctions et les clients doivent choisir avec soin leurs fournisseurs. Les nouveaux niveaux d'intégration vont faire baisser le coût pour les clients. Toutefois, des processus différenciés seront nécessaires pour distinguer les fonctionnalités et les performances.

Selon la tendance commune à tous les marchés des semi-conducteurs, l'intégration entraîne l'évolution et l'évolution entraîne la réduction des coûts. Les coûts non liés aux semi-conducteurs (comme l'assemblage et les tests) impliquent souvent plus de travail et de temps, et évoluent ainsi de manière linéaire selon le nombre de composants discrets produits. La réduction du nombre d'interfaces réduit le nombre d'étapes d'assemblage, et donc le nombre de points de défaillance, améliorant ainsi le rendement et réduisant les vecteurs de test requis. En outre, étant donné que les interfaces sont maintenant internes aux MMIC multifonctions, le fardeau des tests est d'autant plus allégé pour le client. Le conditionnement est lui aussi plus économique : inclure quatre fonctions dans un même boîtier coûte presque quatre fois moins cher que de les répartir dans quatre boîtiers séparés. Ce conditionnement simplifié permet quant à lui de meilleures caractéristiques thermiques, ce qui réduit les exigences liées au dissipateur thermique, pour un poids global inférieur.

Selon les objectifs de performances clés, des processus différenciés peuvent être nécessaires pour atteindre des fonctionnalités optimales au sein du MMIC multifonction. Par conséquent, les sociétés qui fabriquent des semi-conducteurs et possèdent un portefeuille technologique riche et varié sont à juste titre les mieux placées pour offrir les solutions les plus convaincantes aux concepteurs de système. Ces derniers ont tout à gagner en optant pour des fournisseurs capables d'offrir des variantes avancées et qualifiées pour atteindre les performances souhaitées.