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T4240は防衛分野での長期的な 演算アプリケーションに適したパワフルなマルチコア POWERARCHITECHTURE®を採用したプロセッサであり、TELEDYNE e2vが品質認定して います

概要

Teledyne e2vは30年以上にわたり、航空宇宙および防衛産業向けにパワフルなエンベデット・プロセッサのソリューションを幅広く開発してきました。これらのソリューションはもともとNXP(旧Freescale)のデータネット・ワーキング・ポートフォリオを高信頼環境(-55/125℃)の品質認定に対応させたものです。

航空宇宙および防衛産業では一般的に、システムのニーズに応じた様々なプロセッサを利用しています。Teledyne e2vには豊富な高信頼プロセッサ・ポートフォリオがあり、RoHS(鉛フリー)とSnPb(鉛含有)のどちらのはんだ仕上げにも対応します。

特に、QorIQ® T4240およびT4160通信プロセッサ(いわゆるT4ファミリー)は、軍事・防衛業界に最適な製品です。最大で12個のデュアルスレッドe6500 Power Architecture®プロセッサコアの採用による高い演算性能が特徴で、複数の個別デバイスを用いる場合に比べ、総合的にスペース、重量、電力の面でかなり有利な構成を実現できます。

しかし、T4240コンポーネントはそのサイズにより、SnPbはんだ仕上げの場合に品質を保つのがかなり困難になります。しかし航空宇宙および防衛産業分野での需要が高いため、Teledyne e2vではSnPbはんだ仕上げのT4240においても、完全な品質認定を実施いたします。

この資料では、まずTeledyne e2vのT4240およびT4160高信頼プロセッサがもたらす軍事・防衛産業における主な利点に焦点をあてます。その次にデボーリング/リボーリングによるSnPbはんだコンポーネントの供給および品質認定について説明し、最後にデボーリング/リボーリング・プロセス後のコンポーネントの品質認定の重要性について説明します。

 

はじめに

Teledyne e2vは30年以上にわたり、航空宇宙および防衛産業向けにパワフルなエンベデットプロセッサのソリューションを幅広く開発してきました。これらのソリューションはもともとNXP(旧Freescale)のネットワーキング・ポートフォリオを高信頼環境(-55/125℃)の品質認定に対応させたものです。

Teledyne e2vのプロセッサは以下のような差別化を行っております。

航空宇宙および防衛産業の企業では一般的に、システムのニーズに応じて様々なプロセッサを利用しています。QorIQのTシリーズプロセッサについては、図1に示すように、Teledyne e2vでは豊富な高信頼プロセッサ・ポートフォリオがあります。

図1:Teledyne e2v Tシリーズ ポートフォリオ

 

T4240 & T4160:組み込みパワーエンベロープにおける高性能プロファイルプロセッサ

特に、QorIQ® T4240およびT4160通信プロセッサ(いわゆるT4ファミリー)は高い演算性能をもち、軍事・防衛業界に最適な製品です。

QorIQ T4プロセッサファミリーは、12個までのデュアルスレッドe6500 Power Architecture®プロセッサコアを、高性能データパス・アクセラレーションロジックやネットワークおよび周辺バスインターフェースを内蔵しています。これはネットワーキングや、テレコム/データコム、無線インフラストラクチャ、および軍事・航空宇宙向け用途で必要とされるものです。

T4プロセッサファミリーは、ルーター、スイッチ、ゲートウェイ、汎用エンベデッド・コンピューティングシステムにおいて、複合制御、データパス、アプリケーション層の処理に利用できます。(従来のPシリーズプロセッサファミリーの中で最も高い処理能力がある)P4080プロセッサに比べ、およそ4倍の計算能力があります。

他のQorIQデバイスと同様、T4240も高いレベルで集積されており、複数の個別デバイスを使用する場合に比べて、スペース、重量、電力などの面で利点の多い構成を実現できます。

         図2:Teledyne e2vのT4240

 

T4240・T4160について

QorIQ T4240は12個の物理コアと24個の仮想コア、T4160は8個の物理コアと16個の仮想コアを備えたプロセッサです。周波数は1.8GHzまで対応、大容量キャッシュとハードウェア・アクセラレーションを備え、最新のシステム周辺機器に対応しています。制御やデータプレーン処理を単一のシステム・オン・チップに集約する用途に最適な製品です。

T4240は、Power Architecture e6500コアをベースとしています。e6500コアでは、7段パイプラインにより予測困難なコード実行パスに対しても低レイテンシの応答が可能で、シングルスレッドの性能を押し上げています。さらにクロック当たりの同時実行命令数を改善しながら、「フューズドコア」アプローチで低電力のスレッド化を実現しています。e6500のデュアルスレッドを最大限に活用した場合、シングルスレッドに比べ1.7倍の性能を発揮します。e6500のコアは、2MBのL2キャッシュを4つのコアで共有するバンクで構成されており、マルチコア・クラスタによってコードやデータを効率よく共有できます。e6500コアはFreescaleのAltiVecテクノロジーによるSIMDエンジンを搭載しており、メディアやネットワークアルゴリズムの処理能力を劇的に向上します。ネイティブのインラインプログラムにより、個別のDSPよりも電力の消費も抑えられます。

図3:T4240ブロック図

 

はんだボール仕上げ

はんだボール仕上げは、航空宇宙産業や宇宙防衛産業における重要なトピックです。集積回路のパッケージングで使用するはんだボールとは、デバイスとプリント基板(PCB)とをはんだ付けするための、網の目のように設けられた接点です。システムメーカーは従来、錫鉛(鉛がスズのウィスカ形成を抑制すると広く信じられてきたためなのですが、そのメカニズムはわかっていませんでした。この鉛含有のはんだボール仕上げはSnPbと記載されます。その他のタイプのはんだボールには鉛は含まれていません。特定有害物質使用制限指令(RoHS)がきっかけとなって、ほとんどの消費者向け製品における鉛含有量が制限され、鉛フリー、またはRoHSと呼ばれる錫・銀・銅の合金によるはんだ付けが展開されるようになりました。

マイクロプロセッサなどの部品をつくるメーカーが鉛含有(SnPb)および鉛フリー(RoHS)のどちらにも対応するようになってから既にかなりの年月が経っていますが、ここ10年はRoHS対応のみを提案する傾向になっています。鉛フリーはんだの特性は未知の部分が多く、航空宇宙や宇宙防衛産業などにおける極めて重要な用途では一般的ではないかもしれません。鉛含有の技術から鉛フリー技術への移行や採用には、当然長い時間がかかります。

図4:ボール仕上げ

 

今日では、米国やアジア太平洋地域よりもヨーロッパのほうが鉛フリー技術を採用している比率が高いものの、100%にはほど遠いのが現状です。ヨーロッパのアビオニクスおよび防衛システム産業でも、鉛フリーのランレートはまだ100%ではありません。鉛フリー技術の採用比率は、米国やアジア太平洋地域のアビオニクスおよび防衛システム産業ではかなり低いままにとどまっています。このため市場では、鉛含有はんだ仕上げによる部品の製造や品質保証が依然として必要なのです。Teledyne e2vではこの技術を重要な差別化要因と位置付けて提供しています

 

T4240におけるはんだボール除去・再生処理の問題

Teledyne e2vは、RoHSボール仕上げとSn-Pbボール仕上げの両方で製品の適格性判定を行うため、2種類の構成の製品を採用しています。

  • 一つ目の構成はネイティブ構成、すなわち無鉛(RoHSはんだボール仕上げを実施する構成です。
  • 二つ目の構成はSn-Pb製品バリエーションで、鉛はんだボールによるはんだボール再生処理が施されています。

このようなはんだボール除去処理またははんだボール再生処理(図4の拡大画像を参照)は、その技術的工程は想定よりはるかに複雑です。つまり、素子(パッケージ、基板、シリコンダイなど)の健全性が完全に保全されるよう処理する必要があります。

はんだボール除去処理またははんだボール再生処理のためにTeledyne e2vが採用する工程は、他のさまざまなプラスチック製フリップチップ素子には適していますが、T4240のSn-Pbはんだボール再生処理バージョンの適格性判定には適していませんでした。T4240デバイスは、他の標準プロセッサーよりはるかに大きく、パッケージが45mm×45mm、相互接続箇所のボール数が多く、1932個となっています。

Teledyne e2vが適格性判定の工程で実施している一部の検査では、蓋が剥離する問題が目立ちました。実際のところ、標準的なはんだボール再生処理がT4240のような大型コンポーネントにおける蓋剥離の問題の根本原因ではないかと考えられたため、最初の適格性判定試験を完了できませんでした

適格性判定試験を進めるためにTeledyne e2vは、T4240 Sn-Pbデバイス用に詳細かつより複雑なはんだボール除去・再生処理を選択する必要がありました。これにより、最終的にT4240Sn-Pb版の適格性判定が無事完了しました。

上記の例は、適切な適格性判定も検査も行わなかった場合には発覚しなかった健全性の問題を回避するため、パッケージが異なるコンポーネントの適格性審査をすべて実施することの重要性を十分に説明しています。

別の例を図5に示します。

図5:はんだボール除去・再生処理後のパッケージアセンブリーの健全性の確認(プロセスAは使用しない)

鉛入り(Sn-Pb)オプションでも使用できるようはんだボール除去・再生処理が行われているマイクロプロセッサーデバイスについて考えてみましょう。

図5は、同じマイクロプロセッサー製品に対して、はんだボール除去・再生処理<<プロセスA>>を行った場合と、別のはんだボール除去・再生処理<<プロセスB>>を行った場合とを示しています。

Teledyne e2v適格性判定では、製品Aおよび製品Bで超音波顕微鏡検査が行われます。

  • 処理A:超音波顕微鏡検査により、はんだボール除去・再生処理中にデバイスが損傷していたことが明確に分かります。
    一部の放熱ペーストだけでなく、一部のポリマービーズも脱落しています。
  • オプションB:得られた結果は良好です。

Teledyne e2vは処理Bを実施します。処理Aは製品健全性の要件を保証できないため、実施しません。

 

結論

  • Teledyne e2vは、軍事・防衛用途向けの数値計算に最も強力なメニーコアPowerArchitecture®プロセッサー、T4240を提供しています
  • 完全な適格性判定と関連の検査の重要性が非常に大事です

高い信頼性が求められる環境向けに実施している確実性の高い適格性判定作業のおかげで、Teledyne e2vは、お客様に対して最高水準の品質を保証できています。

 

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