小型化と聞いて多くの消費者の頭にまず浮かぶのは、スマートフォンやスマートウォッチといった製品でしょう。この小型化は、エレクトロニクスの世界では特段新しい話題ではないものの、小型化が加速していることは間違いありません。この、半導体のスケーリング則をはるかに超えたスケールでの小型化や薄型化への流れは、多くの要素がからまってさらに加速しています。システムの高性能化と小型化は、ムーアの法則と高集積化によって可能になったものですが、特に小型化が要求される領域はこれまで、一部の先端アプリケーションに限られていました。 

先端エレクトロニクスの分野で小型化が進むコンポーネントは、集積回路だけではありません。ワイヤレスデバイス、コンシューマー向けスマートデバイス、データセンターインフラストラクチャ、そしてエッジコンピューティングといったアプリケーション分野では、さらなる高密度のI/Oとフィーチャの実装が求められ、ここを発端とする小型化への要求が、アセンブリー内の周辺コンポーネントへも波及しています。なかでも、昨今の先端製品にあるような複雑なマルチボードアセンブリーに用いられるコネクターなどの機械要素は特に、小型化の主なターゲットとなっています。 

小型化を後押しする要素 

多くのアプリケーションで一般的に用いられているような電子部品の小型化の主な牽引役は、デザインです。半導体のスケーリング則は、小型化が進む理由の一部にすぎません。コンポーネントの小型化の傾向は、コネクターその他機械要素を含むアセンブリーのすべての領域に及んでいます。小型化の進行には、次のような理由が考えられます。 

• より小さな基板/狭いエンクロージャスペースに多数のコンポーネントをパッケージングするという視点での、フィーチャの高密度化 
• 1個のチップ、1個の基板、あるいは1個のエンクロージャで多様な機能に対応するための、多機能化 
• 上記のような機能への要求増加に対応するための、I/Oの高密度化 
• ユーザーエクスペリエンスの進化に伴ってデバイスのフォームファクタへの要求レベルが高まり、小型化への要求に拍車がかかっている 

その他、先端アプリケーションを支える多数のシステムが、複雑なマルチボードアセンブリーとして構築されているという事実も、小型化を押している複雑な背景の一つになっています。電子デバイスによっては最大サイズのコンポーネントがコネクターとケーブルになっているデバイスもあるため、狙いどおりのフォームファクタを達成するためには、これらコンポーネントの小型化が極めて重要になります。また、小型化の勢いが強い代表的なアプリケーション領域には、RF/ワイヤレスデバイス、コンシューマーエレクトロニクス、データセンター/エッジコンピューティング等があります。 

無線/ワイヤレスシステム 

過去の無線システムは、現在よりも広い基板スペースと、無線通信用にサイズの大きな外付け部品を必要としていました。システム全体のサイズが大きくなってしまうのには、大きく2つの理由がありました。高効率の小型部品自体の数が少なかったこと、そして多くの無線デバイスは今より低い周波数帯域を使用していたことです。低周波数帯域の信号を使う無線装置のコンポーネントや回路には、この周波数帯に応じた大型のコンポーネントが必要です。  

これに対し、コンポーネントの小型化の需要を創出しているのが高周波数帯域のアプリケーションであり、5G、ミリ波レーダー、ミリ波センサーの3つの領域がその代表です。最近のワイヤレスアプリケーションはGHzの高周波数帯域が一般的ですので、無線回路とコンポーネントのサイズも小さくなっています。例としては、RF基板を使用した特殊用途の無線システムや、大型・高密度化したアンテナアレイを用いたワイヤレスシステム等があります。

キャプション: 5Gミリ波RF Flex-to-Boardコネクター 

5Gデバイスと車載用のミリ波レーダーセンサーという2つの重要分野においても、アンテナアレイの小型化が課題となっています。5Gや車載レーダー用デバイスのフォームファクタは、それぞれエンクロージャのサイズと車両上の搭載位置の制約を大きく受けるため、超極低背の基板アセンブリーが要求されるのです。こういったシステムのフォームファクタと極薄の要求仕様に合わせるには、ロープロファイルコネクターが必要不可欠で、かつ同時に基板対基板接続のシグナルインテグリティの確保も必要です。 

コンシューマーエレクトロニクス 

世界中で最もポピュラーなモバイルデバイスといえばスマートフォンですが、その他、パーソナルヘルス製品や新たに広がりを見せるホームエレクトロニクスなども、小型化を後押ししています。たいていのコンシューマーエレクトロニクス製品は、コンパクトでスタイリッシュな外観を備えたものですから、ここでも最も多きなコンポーネントから順に小型化が必要になります。 

まずは、手元端末に使用するコネクターや相互接続部品などの小型化が優先されると考られます。デバイス自身の薄型化が進み、他の搭載部品との分け合いによって基板スペースが縮小されるのに伴って、アンテナモジュールや表示部、メイン基板の接続部には、限界まで小さくした高さ(Z軸)寸法に対応可能な、基板対基板またはフレキシブル基板対基板で嵌合するコネクターの必要度が高くなってくるでしょう。 

キャプション: Easy-On FFC/FPC用コネクター

この種のフラットコネクターであれば、高密度I/O、柔軟性、超ロープロファイルの単独あるいは複合要素の相互接続にも対応することが可能です。最近増えてきた折りたたみ可能なエンクロージャに合わせ、相互接続製品の設計も、フレキシブルなロープロファイルコネクターとケーブルのアセンブリーという設計が増えていくでしょう。たいていの場合は、コネクター1個で電力と信号を伝送する必要があるため、高速デジタル信号伝送時のシグナルインテグリティの確保と併せて、高い定格電流値が要求されることも考えられます。 

データセンターとエッジコンピューティング 

共に高性能/多機能化が進む、データセンターインフラとエッジコンピューティングシステムには、共通した特性をもつハードウェアが使用されています。データセンター環境では、インフラストラクチャへの高性能ネットワーク機器やAIアクセレレータ、FPGA/GPU拡張オプションの統合が進んでいるため、より高い処理能力が要求される傾向は変わりません。これに伴って、データセンターに配備されるラックマウントサーバー内で各コンポーネントが使えるスペースは縮小しています。 

同様のスペース面での制約は、フォームファクタを縮小しながらもエンドユーザーの近くでデータセンターと同じ能力を提供しなければならない、エッジコンピューティングの環境にも見られます。今後も小型化が求められる両環境に共通する項目は、次のとおりです。  

• 実装およびエンクロージャソリューション 
• ファン＆ヒートシンクの薄型化 

• 拡張/アクセラレータカードのフォームファクタ 
• メザニン＆基板対基板コネクター 
• シグナル＆パワー用の電線対基板コネクター 
• 光トランシーバ＆相互接続ソリューション 

エッジAIなどの用途特化型のコンピューティングの世界では、コネクターシステムは、マザーボード上のコンポーネント間ならびに、周辺デバイスそして外部機器と間の、高速データ転送速度能力を提供しなければなりません。こういったシステムにおいては、相手フォームファクタやアプリケーション領域によっては、コネクター＆ケーブルアセンブリーの1個部品内に電力を伝送する機能も内蔵しなければならない場合もあります。 

最後に、これらのシステムにおいては、信頼性も一つの重要な要素です。つまり、長寿命と優れた耐候性を備えていることです。データセンターやエッジコンピューティングシステムで用いられるコネクターシステムは、十分なIP防水等級を備え機械的衝撃に耐えるものであり、かつ、高密度なピン配列と薄さを実現したもの (スモールフォームファクタ) でなければなりません。 

モレックスが可能にする先端アプリケーション 

先のような先端分野でビジネスを展開する企業においては、フォームファクタ [パーツサイズ] の課題が今後も継続し、ロープロファイル、シグナルインテグリティ、そして必要なI/O数を備えた様々なタイプの相互接続ソリューションが必要になると考えられます。モレックは以上述べてきたような先端アプリケーションの、最前線のニーズを満たす、様々なコネクターソリューションの提供が可能で、また、相互接続製品のカスタマイズにも対応するエンジニアリングの技術や専門知識も備えています。弊社は小型化やシグナルインテグリティ、フォームファクタといった要件を満足する、通信や自動車業界向けから消費者向けIoTまで、それぞれの業界に対応できる、歩留まりとコスト効率に優れた製品を取り揃えています。