システム・イン・パッケージ技術と製造
マルチチップ統合、小型化、および産業用レベルの信頼性を実現する高度なパッケージング技術
産業用レベルの信頼性を維持しつつ、より小型のパッケージに多くの機能を組み込むには、高度なパッケージング技術が必要です。IoTセンサー、自動車用制御ユニット、あるいはセキュアな認証デバイスのいずれを設計する場合でも、複数のチップ、受動部品、センサーを単一のパッケージに統合できるかどうかが、過酷な環境下での製品の実現性に左右します。
PCB上に個々の部品を配置する従来のアプローチでは、基板スペースを消費し、相互接続の不具合を引き起こし、動作温度範囲を制限してしまいます。広範囲の動作温度（-40°C～+85°C）、高い耐衝撃・耐振動性、あるいは長期的な供給安定性（10～15年）が求められるアプリケーションにおいて、従来のパッケージングでは不十分です。
システム・イン・パッケージ（SiP）技術は、複数のベアダイ、受動部品、センサーを単一の堅牢なモジュールに統合することで、この課題を解決します。Swissbitはベルリン工場において、ウェハー加工からシステム組立、最終試験に至るまでのSiPバリューチェーン全体を管理しており、最適化されたソリューション、迅速な反復サイクル、そしてダイレベルからファームウェア設定に至るまでのカスタマイズを実現しています。
パッケージング技術のコアシステム
システム・イン・パッケージ（SiP）は、複数の半導体ダイ（メモリコントローラ、NANDフラッシュ、セキュリティプロセッサ）を単一のモジュールに統合したものです。この統合により、個々の部品を使用する場合と比較して、全体的なパッケージサイズを縮小しつつ、より高い機能性を実現します。SiPは、あらかじめパッケージ化された部品ではなく、ベアダイを直接加工することで、従来の組立方法では不可能なフォームファクタを実現します。
Swissbitは、製品ポートフォリオ全体でマルチチップ統合を採用しています。具体的には、コントローラとNANDフラッシュダイを組み合わせたe.MMCコンポーネント、FIDO2プロセッサとNFCコントローラを統合したセキュリティキー、そしてコンパクトで堅牢な設計が求められる産業用ストレージソリューションなどがあります。
SiPでは、ダイスタッキング（垂直）、サイド・バイ・サイド配置（水平集積）、およびこれら両方の手法を組み合わせた混合集積といった特殊な技術が採用されています。これらの技術により、設計者は特定の要件に合わせて最適化を行うことができます。具体的には、ダイスタッキングは集積密度を最大化し、サイド・バイ・サイド配置は熱性能を向上させ、混合集積は両者のバランスを取ります。
関連技術であるシステム・オン・パッケージ（SoP）は、ベアダイではなく、パッケージ化されたチップ全体を基板上に実装するという点で異なります。SiPは通常、より高い集積密度を実現しますが、Swissbitのベルリン工場が提供するような、より高度な製造能力を必要とします。
パッケージサイズの小型化に伴い、新たな故障要因が生じます。具体的には、機械的応力の増加、熱的な課題、および配線信頼性の問題です。産業用SiPの製造では、制御されたダイの薄化（ウェハを40µmまで研磨）、精密なダイボンディング、および環境ストレスからワイヤボンディングを保護する堅牢な封止技術によって、これらの課題に対処しています。
自動車、医療、産業用アプリケーションにおいて、故障は許容されません。この信頼性工学こそが、民生用パッケージと産業用SiPを区別する要因です。
SwissbitのSiP製造能力
ビルドアップ技術
基板上にベアダイを
ワイヤボンディングして
ボールを取り付ける
BGA基板への
フリップチップ実装
ワイヤボンディングダイとフリップチップパッケージの組み合わせ
共通のキャリア上に様々な基板を組み合わせたもの
SiP技術を採用したSwissbit製品
SwissbitのEM-30 e.MMCソリューションは、大規模なシステム・イン・パッケージ（SiP）統合を実現しています。NANDフラッシュコントローラと複数のNANDダイを、11.5×13mmから14×18mmのコンパクトなパッケージに統合しています。 ダイスタッキング技術により、e.MMC 5.1インターフェースの転送速度を維持しつつ、最大256GBの容量を実現し、広範囲な動作温度範囲（-25°C～+85°C）に対応しています。この垂直統合により、コントローラとNANDを個別に実装する場合と比較して基板面積を60%削減できます。これは、PCB面積が製品のサイズやコストに直接影響する組み込みシステム、医療機器、産業用IoTアプリケーションにおいて極めて重要です。
iShield Key 2は、FIDO2認証取得済みのセキュアエレメント、NFCコントローラ、および物理アクセス用コンポーネントを標準的なUSB-Aフォームファクタに統合した、マルチテクノロジー・システム・イン・パッケージ（SiP）アセンブリを採用しています。 ダイを並列に配置することで非接触動作時のRF性能を最適化し、微細ピッチ（40µm）のワイヤボンディングにより、すべての機能ブロックをコンパクトな基板に接続しています。堅牢な封止構造が敏感なコンポーネントを保護し、パスワード不要の認証、暗号化通信、建物へのアクセスを同時に実現します。これは、個別のコンポーネントを使用するアプローチでは不可能な機能です。
SwissbitのSDおよびmicroSDメモリーカードは、高度なパッケージング技術を活用することで、産業用レベルの信頼性を損なうことなく、極限の小型化を実現しています。 ベルリンで製造される多くの製品は、コントローラ、NANDフラッシュ、および受動部品を、わずか11×15mm（microSD）という小型フォームファクタに集積しています。システム・イン・パッケージ（SiP）構造により、広範囲な温度範囲（-40°C～+85°C）での動作、高い耐衝撃・耐振動性（最大2,000G）、および10年以上の動作寿命を実現しており、これらは一般的な民生用カードでは達成できない仕様です。
システム・イン・パッケージ（SiP）にSwissbitを選ぶ理由は？
SiP技術を採用したスイスビットの多くの製品は、ISO 9001、IATF 16949、およびISO 27001の品質基準に準拠したベルリンの工場で製造されています。この欧州での製造体制は、防衛、重要インフラ、自動車用途においてますます重要となっているサプライチェーンの安全性と透明性を確保しています。
Swissbitは、ハードウェア設計やファームウェア開発からSiP製造、最終的な構成に至るまでのバリューチェーン全体を自社で一貫して管理しています。この統合体制により、産業用レベルの信頼性を備えたストレージ製品、複数の技術を組み合わせたセキュリティモジュール、そしてお客様の特定の要件に合わせたカスタマイズパッケージなど、最適化されたソリューションを提供することが可能となっています。
1995年以来、Swissbitは産業用電子機器向けのSiP（システム・イン・パッケージ）技術において専門的なノウハウを培ってきました。その実績は、初期のダイ積層から、現在の16層NAND統合、セキュリティプロセッサのパッケージング、さらには特定のフォームファクタや構成を必要とするOEM顧客向けのカスタムソリューションに至るまで多岐にわたります。
ISO9001（品質マネジメント）、IEC60068（産業用温度試験）、ISO27001（情報セキュリティ）、ISO14001（環境）、ISO50001（エネルギー）、REACH、RoHS、紛争鉱物規制に準拠
よくある質問
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