GaNonCMOS – ヨーロッパでの研究におけるRECOMの取り組み POL統合の次のステップ

このプロジェクトのフォーカスの一つは、PCBへの部品の埋め込みでした。この技術では、1つまたは複数のコンポーネントをPCBコア内に隠すことができます。主な制限は、部品の厚さと、さまざまな環境条件下での動作です。埋め込み可能な部品は、設計の目的に応じて、IC、スイッチ、受動部品などになります。埋め込み部品のリードに接続された厚い銅プレーンを使用することで、有効な熱伝導パスを作ることができます。ICとMOSFETの本体を非常に近づけて配置することで、寄生インダクタンスを減らし、より高いスイッチング速度を実現することができます。

抵抗器やコンデンサなどの小型の受動部品を同じキャビティ内に組み込み、磁気部品や入力・出力コンデンサなどの大型部品だけを外部に出すことができます。また、FR4素材を使用することで、スイッチやICの熱によるコンデンサへの負担を軽減することができます。3D構造のため、レイアウト全体は複雑になりますが、スイッチングや制御ループが小さくなるというメリットもあります。その他の重要な利点としては、ソリューションエリアが小さくなることと、リバースエンジニアリングから設計を保護できることが挙げられます。

もう一つの方法は、PCBの高さを低くすることです。例えば、降圧コンバータの設計では、一般的にインダクタが最も背の高い部品となりますが、非常にフラットなソリューションが必要な場合、適切な低背のインダクタを見つけることができないかもしれません。このプロジェクトでは、磁気材を埋め込むというアイデアを実現しました。しかし、特定のパラメータを持つインダクタを埋め込むには、チップサイズの同等品では大きすぎます。このハードルをクリアしたのが、磁気シート素材です。

特定の磁気特性を持つ非常に薄い素材（100〜200μm）をさまざまな形にカットして、プリント基板上に配置します。プリント基板の配線は、巻線構造になっています。このようなインダクタは、コンパクトだが高さのあるチップインダクタに比べて、比較的大きな面積を占めます。この技術を使ったデモ機がいくつか作られています。

スペース削減のための理想的なソリューションは、インダクタの面積が、プリント基板上に配置された他の小型部品と同じくらいの大きさになることです（図1参照）。この図では、リング状のコアの内層に巻線を配置し、トロイダル型のインダクタを実現しています（図2参照）。