断面で見る電子部品の中身：ハイロックスの新型マイクロスコープでキャパシタから自作半導体まで観察する

この動画はハイロックスの提供でお送りします。

こんにちは。今日はマイクロスコープを使って電子部品の中身を観察します。使用するのは、こちら、ハイロックスのマイクロスコープです。実は2023年にもハイロックスのマイクロスコープを使った動画を公開しています。今回は新機種が発売されましたので、電子部品の観察も兼ねて、マイクロスコープの使用感なども一緒に見ていきたいと思います。

マイクロスコープで観察するのは、こちらにあるような抵抗やインダクタ、積層セラミックキャパシタや半導体などの電子部品です。では、さっそく見ていきます。

まずはこちらの部品、電気回路にほぼ100%使われているキャパシタを見ていきます。キャパシタといってもいろいろあるのですが、今日は積層セラミックキャパシタ、MLCCです。そして電解コンデンサ、フィルムキャパシタ、タンタルコンデンサを見ていきます。

まずはMLCCです。MLCCにもいろいろ種類がありまして、高誘電率系の材料を使って静電容量を大きくしたX7R特性のものや、温度補償用の材料を使って温度や電圧による影響を少なくしたC0G特性のものもあります。今回はいろいろ用意したので見ていきます。

まずはこちら、1μF、耐圧450VのMLCCです。そのため、少し大きめの2220サイズとなっています。今回はこのように回転砥石を使って試料を作成しています。

実際にマイクロスコープを使って見ると、このようにMLCCの内部電極が層状に重なり合っています。教科書通りの構造となっています。層と層の間の距離はどうなっているかというと、約16μmでした。これだけの短い距離をこの精度で重ね合わせられるのは、とんでもない技術かと思います。

他のMLCCについても見ていきます。これは耐圧が500V、容量が1nFのMLCCです。先ほどと同じくらいの耐圧ですが、静電容量については1/1,000となっています。

中身はどのような構造になっているかというと、少し不思議な積層をしていますね。左右の電極を単純に重ね合わせるだけではなくて、中間にはどこにもつながっていない電極を用意しています。また積層の密度も場所によって異なっています。一番上が高密度、真ん中は密度が低く、下の方は中くらいの密度となっています。また、こちらのMLCCだと見やすいのですが、電極がない部分についても積層の跡がはっきりと見えています。ここら辺の電極の配置や密度、構造などは相当なノウハウがあるんでしょうね。

次はさらに静電容量を小さくしたものです。これは0.12pF、耐圧50VのMLCCです。温度特性はC0Gのものを使っています。内部についてはこんな構造になっているんですね。そもそもMLCCの電極同士の重なりみたいなものはなくて、内部電極が向き合っているような構造となっています。多分ですが、重ねてしまうと静電容量が大きくなりすぎてしまうので、このように向き合うような電極構造にして小さな静電容量を作っているのかなと思います。

このキャパシタについては電極の色が分かりやすいので、もう少し詳しく見ていきますが、銅、ニッケルメッキ、スズメッキの3層構造となっています。このあたりの構造については教科書通りとなっていました。

次はこちらを見ていきます。小さなMLCCですが、小さいのは静電容量ではなくて、MLCC自体の物理的なサイズが小さいものを見ています。村田製作所の0201Mサイズのものです。これはサイズとしては0.25mm×0.125mmのサイズであり、2024年まではこれが最小のサイズでした。ですが、現在はさらに小さな016008Mサイズ、0.16mm×0.08mmサイズが出てきています。

これ本当に小さくて、リールから出してしまうと、MLCCがそこにあるという状況が分からなくなります。普通に塵と間違えるレベルです。このサイズでは、人間が手はんだするのはさすがに無理ですね。

マイクロスコープで見るとこんな構造です。本当に小さいのですが、中身はしっかりとキャパシタの構造をしています。これだけ小さい部品をここまで作り込み出来るのは、村田の技術力の高さを物語っていると思います。

次は少し変わったMLCCを見ていきます。これは三端子コンデンサです。通常のMLCCと比べてESLが小さいという特長があります。構造的には、こちらのイラストのように内部電極がクロスするように重なり合います。実際に断面を見てみると、このように左右の外部電極が内部電極へつながっています。中間にある浮いているような内部電極については、実は上から見るとこのように外部電極へつながっています。このように特殊な構造をしたMLCCもあります。

次はこちらの電解コンデンサを見ていきます。これは導電性高分子アルミ固体電解コンデンサです。電解コンデンサの構造は、基本的にどのタイプの電解コンデンサでも似ています。陽極、電解液、電解紙、陰極がロール状になってアルミ缶の中に入っています。

実際の断面を上から見てみると、このようにロール状になっていることが分かります。横方向の断面を見てみると、このように重なりがよく分かります。黒い部分が紙みたいになっていて、そこに導電性高分子を電解質として使っています。

灰色の部分はアルミ箔ですが、よく見てみると陰極と陽極を見分けられます。よくあるアルミ色の箔は陰極、アルミを中心としてそれを灰色の層で挟み込んだような構造をしているのが陽極です。陽極の灰色部分については、アルミ箔を表面処理することによって作った酸化膜です。この酸化膜でアルミ電解コンデンサの耐圧を確保しています。それにしても、かなりはっきりと見分けがつきますね。

次はタンタルコンデンサです。これも実は一種の電解コンデンサです。皆さんがよく使うと思う電解コンデンサは電解質が液体ですが、タンタルコンデンサは電解質は固体です。内部構造はこのようになっています。この真ん中を通っているのがタンタルワイヤー、四角い部分が誘電体である五酸化タンタル、ここまでが陽極です。固体電解質の二酸化マンガン、陰極のグラファイトと銀ペーストといった構造です。

この映像だと分かりにくいのですが、四角い部分は多孔質構造となっています。そのため、タンタルコンデンサはサイズのわりには静電容量は大きいです。

タンタルコンデンサはキャパシタとしての特性は良いのですが、故障モードが短絡故障となります。そのため、MLCCやポリマーを使った電解コンデンサなど、他のキャパシタへの置き換えが進んでいます。最近は見かけることも使うことも少なくなっています。

キャパシタの最後はこちら、ルビコンのPMLCAPです。チップ形状のキャパシタですが、種類的にはフィルムキャパシタです。よくあるフィルムキャパシタは巻いて作っていくのですが、PMLCAPはMLCCみたいに積層して作っています。PMLCAP自体は特性がものすごく良いキャパシタでして、高級オーディオなどで使われることもあるそうです。ただ、その分値段は高いですね。

実際に断面を見てみると、このようになっています。層の厚さは非常に薄いです。フィルムの厚さはだいたい1μm程度です。よくあるフィルムキャパシタのフィルムの厚さは数μm～数十μm程度なので、PMLCAPは非常に薄いということになります。

ここでハイロックスの新製品のマイクロスコープについて少しだけ見ていきます。前回の製品と比べて変わったところがいくつかありますが、それらを紹介していきます。まずはこちらの高解像度カメラとレボルバーレンズユニットです。カメラとレンズユニットが一体となったものです。10～80倍のマクロレンズ、100～500倍の対物レンズが標準搭載されています。合計4つのレンズを取り付けられるようになったので、観察対象に合わせて適切なレンズを使えます。

レンズの最高倍率は最大で10,000倍ですが、10,000倍は光学顕微鏡の限界ラインです。実際こちらの製品を使ってみて、実質的に有効な倍率は5,000倍程度かなと思いました。

照明についても前の機種から進化しています。前のモデルでは光源が必要だったのですが、新製品は光源とレンズが一体となっているので、光源を調整したりとか接続したりといっためんどくささは減っています。

こちらの新製品は操作用の左手コントローラが付いてきます。これ結構良いです。左手でズーム操作やフォーカス調整、ステージの移動、光源の変更やその他ショートカット操作などができるようになっています。コントローラがない場合は画面をポチポチしてステージ移動やフォーカス調整をするのですが、マウス操作が結構多くて不便でした。専用コントローラが付いたことで、このあたりの操作性についてはかなり容易で、かつ直感的に操作出来るようになっています。

そして本体のスタンド部分についても変わりました。足の部分に振動を吸収する機構がついたので、高倍率レンズのときに振動を抑えた観察が出来ます。この台自体は従来のレンズと組み合わせて使うことも可能です。

また本体部分については、カメラを2台同時接続出来るようになりました。もちろん、これまで使っていたカメラとレンズを組み合わせて使うことも可能です。

次はインダクタを見ていきます。インダクタといってもスルーホール部品からチップ部品までいろいろあります。まずはスルーホールタイプのものから見ていきます。これはドラム形状のインダクタです。リード線の部分にマグネットワイヤーを巻いてはんだ付け、そしてコアには巻き線を巻き付けてあります。

当然断面も見ていきます。断面はこのようになっています。I形状のコアをしていますね。そこに巻き線が巻きつけてあります。この形状はインダクタのコイルを簡単に巻けるのですが、磁束がコアの端っこから漏れ出すような構造となります。そのため、流す電流によってはこのインダクタ自体がノイズ源となってしまいます。使いどこやコアの形状をしっかりと選ぶ必要があります。後で紹介しますが、磁束が外に漏れにくい構造のインダクタもあります。

次はこちらのインダクタです。一見抵抗のように見えるのですが、実はインダクタです。断面を見てみると、このように内部には磁性体のコアがあって、そこへ巻き線を巻くといった構造をしています。コアの形状はI形状ですので、先ほどのドラムタイプのインダクタと似ています。樹脂系の材料でコアや巻き線がしっかりと密閉されているので、劣悪な環境への耐性はありそうです。見た目が抵抗とかなり似ているので、抵抗と間違えて使わないようには注意したいところです。

次はこちら。こちらもインダクタですが、先ほどまでの形状とは違っていて、コアの内部にリード線を通すような形状をしています。実際に断面を見てみると、このように巻数1のインダクタとなっています。これはインダクタの中でも特にフェライトビーズインダクタと呼ばれるものです。一般的にはスイッチング電源などの高周波のノイズを出すところにこのインダクタを入れて、ノイズを吸収するために使うということが多いです。

次はこちらです。こちらは2つとも表面実装タイプのインダクタですが、違いはわかりますでしょうか。この2つのインダクタの違いは、定格電流とインダクタンス値です。一目見てみると、巻き線の太さが全く違いますよね。巻線が太いものが定格電流が高いもの、巻線が細い方が定格電流は低いものとなります。

ここで画面分割機能を使って、それぞれのインダクタを見ていきます。一度低倍率でマップを作っておきます。高倍率にしたときにこのマップをクリックすると、行きたい位置に移動出来るので便利です。まずは定格電流が高い方の巻線の断面積を見ます。こちらのマイクロスコープは面積の測定も出来まして、銅線の周辺を囲っていくと、このように面積が表示されます。187869μm²なので、約0.18mm²です。

定格電流の低い方も見てみます。同じように銅線の断面積を測定すると、約0.03mm²中盤です。よく見てみると、巻き線の外側と内側で太さが違いますよね。これについてですが、回転砥石でインダクタを削るときに圧力をかけすぎて、線自体が伸びてしまった可能性があります。

このように銅線の断面積と、正確には使うコアの透磁率の電流特性などによって、インダクタの定格電流が決まります。さらにインダクタンス値については、銅線の断面積が細いものについてはたくさん巻けるのに対して、銅線断面積の広いものは少ない回数しか巻けません。これらの違いもインダクタンス値に効いてきます。

次はこちらです。先ほど見た表面実装タイプのインダクタと結構似てる構造をしていますが、少しだけ違います。それは何かというと、巻き線の部分が樹脂で固められています。そして、この樹脂はただの樹脂ではなくて、フェライトの粉末が混ぜられた樹脂です。このようにフェライト粉末を混ぜた樹脂で覆うことで、空気中よりも磁束が通りやすい磁路が出来ます。つまり外に漏れる磁気ノイズが少なくなるので、周辺にある電子部品へのノイズの影響を少なくできます。

このインダクタをよく見てみると、空洞が出来てしまっています。これは本来あってほしくないものですが、製造上のばらつきだとか、あとは気泡が混じってしまったとかで出来てしまっています。この空洞の大きさがどれくらいなのかというのも、実は測定出来るんです。マイクロスコープの深度合成機能を使います。そのときに画像処理をすることで、奥行き方向のくぼみの深さを測定出来るということです。くぼみの部分の深さはどうなっているかというと、だいたい500～600μm程度です。カラーマップの表示も出来ますので、一目でパッと凹凸を見ることも可能です。このあたりはレンズなどの光学系の精度、ステージなどの機械系の精度と画像処理の組み合わせのおかげで出来ています。

次はこちらのインダクタです。これはメタルアロイタイプのチップインダクタです。内部を見てみると、このように巻線を磁性体の材料で固めたような構造となっています。磁性体自体が磁気シールドの役割をしていますので、外部に漏れ出す磁束が少ないのが特徴です。ちなみに今回は入手していませんが、チップインダクタには積層タイプのものもあります。積層していくことでインダクタを作るものです。

インダクタの最後がこちらです。可変キャパシタはよく使うかなと思うのですが、可変インダクタはなかなか使う機会ないんじゃないかなと思います。使うとしても無線系でもしかしたら使うかもとか、そんなところです。キャパシタの方が使う機会は多そうです。内部の構造はこのようになっています。ケースの内側と外側にフェライトコアがあります。その間に巻き線がある構造です。内側のフェライトコアにはネジが切ってあって、これを回すことでコアが移動します。そして外側のコアと内側のコアのコア同士の結合を変えて、インダクタンスを調整するというものです。なかなかよく考えてありますね。

次は抵抗を見ていきます。まずはこちら、電子工作をするときには必須の炭素皮膜抵抗です。いわゆるカーボン抵抗です。今見ているのは1kΩの抵抗です。こういうスルーホールの炭素皮膜抵抗は、もともと抵抗体がコーティングしてあって、それをレーザーや砥石を使ってトリミングして抵抗値を作っていきます。真ん中の白い部分がセラミックの芯、その上に炭素皮膜、左右に金属キャップがあって、全体をベージュっぽい樹脂でコーティングしています。セラミックの芯と炭素皮膜の部分が等間隔で凹んでいますが、これがトリミングした後です。抵抗のプロに聞いてみたところ、こちらは砥石を使ってトリミングしているとのことです。

次はこちら。通常の炭素皮膜抵抗っぽい見た目ですが、断面を見てみると全く違うものであることが分かります。これはソリッド抵抗です。真ん中の黒いグニャグニャしている部分が抵抗体です。炭素皮膜抵抗とは異なってソリッド抵抗は、炭素と樹脂を混ぜ合わせたもので抵抗体を作っています。特徴としてはパルス耐性が高かったり、コイル形状となっていないので、インダクタンス成分が少ないという特徴があります。電化製品など分解していても、このようなソリッド抵抗などはなかなか見かけることはなくなってきているんじゃないでしょうか。

次はこちらです。可変抵抗器ですが、その中でも特に多回転タイプの可変抵抗器です。実際に断面を見てみると、抵抗値を操作する歯車の部分とネジの部分が組み合わさって出来ています。このネジを回すことで、噛み合っている歯車も一緒に回るということです。歯車を外してみると、その下には抵抗体があります。歯車の裏を見てみると、金属の板バネのようなものがついていて、抵抗体と接触するようになっています。想像していた多回転の可変抵抗は、もっと抵抗体を長くしてそれで調整しているのかなと思ったのですが、想像と違いました。ネジと歯車で減速比を作ることで移動量を少なくして、細かく抵抗値を調整しているということです。

次はこちら、セメント抵抗です。耐熱性があるので大電力のところで使われたり、放電用の抵抗として使われることが多いものです。外部はセラミックの焼き物で出来ていて、内部はセメントで固められています。外の焼き物の部分は非常に硬いですが、セメントの部分はピンセットで突っつくとボロボロと崩れてしまいます。結構柔らかいです。内部の抵抗体の部分はどうなっているかというと、セラミックの芯に高抵抗の金属線が巻かれています。このように金属線で出来ているので、よほどの大電力を消費させない限りは焼き切れることはないです。

最後の抵抗はこちらのチップ抵抗です。チップ抵抗ですが、基本的にはセラミック基板の上に抵抗体の皮膜が乗っている構造となっています。この抵抗の場合は、その抵抗体の皮膜を樹脂でさらにコーティングして保護しています。今回の場合では緑色の樹脂でコーティングされていました。コーティングをさらに剥がしたものがこちらです。黒い部分が抵抗体です。抵抗値の調整はこの部分で、ちょうどL字のところがあります。ここで調整しています。もともとはこの部分にも抵抗体はあるのですが、レーザーで抵抗体を焼き飛ばして抵抗値を調整します。縦に入っているトリミングで大まかに抵抗値を調整して、その後に横にトリミングを入れることで抵抗値の微調整を行います。

次はヒューズを見ていきます。よく見るガラス管ヒューズはこんな感じです。中に線が入っています。過電流が流れると線が切れて電流の遮断が完了します。内部の線の太さは遮断電流によって変わっていって、太いほど多くの電流を流せるヒューズとなります。

ヒューズの形状にもいろいろあります。まずはこちらです。これは抵抗っぽく見えますけど、実はヒューズです。削って内部を見てみると、このように線があります。ここでもヒューズの原理がありまして、過電流が流れると中の線が切れると。ただ、このタイプのヒューズは基板にはんだ付けするタイプのものです。切れたときにはんだを外して、もう一回はんだ付けをするみたいな工程がかなり大変なものになります。ガラス管ヒューズのようにホルダーがあるものを使う方がメンテナンス性は高いです。

次はこちらの大電力ヒューズを見てみます。分解してみると中に砂が入っています。これはアークを消すための砂です。特に電圧が高くて大電流が流れるヒューズには、中に砂が入っていることが多いです。また電流が流れる部分については、不思議な形状をしています。基本的には帯状のヒューズですが、真ん中にボコボコ穴があいています。なぜこうなっているのか詳しい理由は分かりませんが、穴の開いている部分の電流密度は高くなります。この部分で確実に切れてほしいから、このような形状になっているのかなと考えています。

次に中身を見るのはこちら、クリスタルです。これは水晶振動子と呼ばれるもので、決まった周期の振動を作るのに使われる部品です。クォーツ時計に使われていたり、マイコンのクロック信号を作るのにも使われたりしています。

まずはこちらの水晶振動子です。これは32.768kHzのものです。時計用ですね。内部はものすごく繊細であり、缶から取り出すときに内部を何回も壊してしまいました。これはその中の生き残りです。内部はこのような形状をしています。音叉みたいな形状をしている水晶があって、その表面に金属の薄膜があるようです。

実際に振動子は電圧を加えると、目に見えないレベルで振動します。それを活用してクロック源とすることが出来ます。形状によって振動する周波数が変わるので、さまざまな周波数の振動子が作られています。

今見てきたのはシチズンのものですが、セイコーの振動子も見てみます。周波数も同じで負荷容量も同じですが、どうでしょうか。左がシチズンのもの、右がセイコーのものです。クリスタルの形状がだいぶ違います。同じような動作をするクリスタルでも、メーカーによっては形状はさまざまなんですね。水晶振動子についてはあまり詳しくはないですが、どっちが優れているとか、そういうものでもなさそうです。

次はこちら、さらに周波数の高い17MHzの水晶振動子です。音叉のような形状ではなくなって、単なる板の表裏に金属薄膜があるような構造となっています。この板は水晶で出来ているのですが、その水晶の削り方や薄膜の形状などにもいろいろノウハウがありそうな感じでしょうか。

次はディップスイッチです。単純に中身がどうなっているのか気になりませんかということで、断面を見ていきます。断面はだいたい想像していた通りの構造をしていました。白いプラスチックの部分をカチッと移動させると、それが金属に当たって接点を閉じるという動作です。可動する金属のプラスチックが当たる部分については、何か金属に表面処理がされているようです。だいぶ色が違っていますよね。この部分については擦れる部分なので、表面を滑らかにして、プラスチックや接点の消耗を少なくしている可能性があります。

次はこちらのトグルスイッチです。中身を開けてみるとこのような構造。真ん中のプラスチックが移動すると、接触している金属片が動いて導通する接点が変わります。プラスチックの部分には、滑りをよくして摩耗を抑えるためのシリコングリスのようなものが塗られていました。また金属接点部分については、接点の耐久性を高める目的と思われる透明なグリスが塗られています。グリスを取り除いた後の接点の様子はこのような状態です。接点となる部分は滑らかになっているのかなと思っていたのですが、意外にも結構デコボコとしています。

次は皆さんお待ちかねの半導体を見ていきます。今回は中身の見やすさ重視ということで、金属缶に入っているタイプの半導体を観察します。最近では半導体のパッケージはエポキシ樹脂でやっていることが多いですが、このような缶に入っている半導体もまだ製造されています。このような缶に入っている半導体は密閉性が非常に高く、熱を逃がしやすく、さらに缶自体がシールドになるというメリットがあります。

缶の中身を見てみると、このように中央部分にシリコンチップがあります。缶の外側に足が生えているのですが、この足は缶の内側にもつながっています。チップと足の接続はワイヤーボンディングです。こちらはダイオードなので、これがAnode、そしてこちらがCathodeです。Cathodeについてはチップ上でもう一端子引き出せるようになってはいますが、実際にはどこにも接続されていませんでした。パッケージ違いの同じ製品があるのですが、そちらではCathodeを2本引き出しているので、そのためのパッドかもしれないです。

このパッドの部分をよく見てみると、傷みたいのがありますよね。これは半導体が完成したときに半導体テスターで試験をするのですが、そのときにテスターから出ているプローブをパッドにこのように当てるのですが、そのときに出来た傷です。

シリコンチップ上に緑色に見える線が1周ぐるっとなっていますが、これは何でしょうね。ガードリングと呼ばれているものでしょうか。分かる方がいましたら、ぜひコメントをお願いします。

次も同じダイオードですが、こちらは2回路入りのRFダイオードです。先ほどと同じメーカーだからというのもあるかもしれませんが、見た目的にはあまり変わらないです。ワイヤーボンディングのやり方は、チップ側はウェッジボンディング、リード線側についても同じくウェッジボンディングでした。ワイヤーの色は白っぽいので、多分アルミワイヤーかなと思います。この線には最大で20mA程度を流しますので、金ワイヤーでやろうとすると高くなるとか、そんな理由でしょうか。

中身的には同じRFダイオードですが、よく見てみるとそれぞれで少し配線の長さが違ってるんですよね。こちら側のダイオードについては、Anode側の電極の取り回しが少し長くなっています。そういうところにもRF特性って効いてくるんでしょうか。微々たる違いではあるのですが、気にする人はもしかしたら気にするかもしれません。ただ、これについてはリード線の長さとか、あとは回路へ接続するプリント基板のトレースの長さとか、そちらの方が支配的なものかなと思います。

次はこちら、Nch-MOSFETです。この端子がそれぞれゲート、ドレイン、ソースです。パッケージを見てみると4つ目のリードがあるようですが、これはケースの方につながっています。先ほどのダイオードと比べると、少し複雑な形状をしています。

チップの色ですが、緑、紫、青、ベージュなど結構カラフルですよね。ただ実際にチップがこの色をしているというわけではなくて、チップ上に成膜された膜の光の干渉によって生じるものです。薄いもので言うとシャボン玉などが虹色に見えることがあるのですが、それと同じです。

次はこちら、NPNのバイポーラジャンクショントランジスタです。非常にデカいです。こちらは今まで見てきたものと比べて定格電力が大きく、60V、15Aのものです。そのため、シリコンチップのサイズも大きいですし、ケースのサイズも大きくなっています。昔のオーディオアンプの後ろ側を見てみると、ヒートシンクにこの形状のトランジスタが固定してあるみたいなことがあります。

実際、中身はこのようになっています。定格電力が大きいのでチップのサイズも大きいですし、ケースも大きくなっています。ボンディングワイヤーもかなり太いです。パワー半導体といった感じです。

チップのレイアウトも少し面白くて、短冊状の電極が交互に重なり合うようになっています。この場合では外側を囲んでいるのがベース電極、その中にある縞の電極がエミッタです。このシリコンチップの場合、チップを貫通するように電流が流れるので、このケース自体がコレクタとなっています。本当にパワー半導体のように縦型のチップとなっていて、チップ内を電流が貫通するような構造となっています。あとはシリコンチップとケースははんだ付けされているので、シリコンチップ上での発熱をケースに効率よく逃がせるようにもなっています。

缶に入っている半導体の最後はオペアンプです。これはテキサス・インスツルメンツのオペアンプのLM201です。缶に入っているものはその他のパッケージと比べて値段が極端に上がって、1個3,000円ぐらいします。

シリコンチップを見てみると、なんだかオペアンプっぽい回路だなあっていうのが分かりますよね。この部分が差動増幅回路の入力で、そしてなんか抵抗があるなとか、このあたりが出力段のトランジスタなのかな、といった具合です。実際のデータシートとこの映像を見てもらうと、回路図の対応でどういうレイアウトをしているのかというのが分かると思いますので、興味のある人は一時停止していろいろ確認してみてください。

次は変わり種の半導体としてMEMSマイクを見てみます。こちらはサイズ的には大きめのMEMSマイクですが、スマホにはこれよりもさらに小さなサイズのパッケージのMEMSマイクがいくつも使われています。こんな形状のものがマイクなのかって思いますよね。パッケージの裏側を見てみると穴が開いています。この部分から空気の振動が伝わって、内部にある膜を振動させます。

中身を開けてみると、このような構造です。この丸い部分がマイクのダイヤフラム部分です。この部分が半導体のシリコンで出来ています。シリコンの膜はこんな感じであるのですが、それが音で振動することで静電容量が変わります。その静電容量の違いを読み取って、それを信号に変換するわけです。

センシングやアナログからデジタルへの変換回路は、専用のASICが使われています。こちらの黒いエポキシ樹脂っぽいものでポッティングされている部分がASICです。このMEMSマイクについては、シリコンで膜を作ってそれをマイクにしてしまうという、なかなかすごい技術かと思います。

半導体の最後はこちら、自作半導体です。実はこのようなオリジナルのレイアウトのシリコンチップは自作できます。これは以前、オープンソース半導体コミュニティのISHI会の方のサポートで作ったオペアンプ回路です。1つのチップ内で領域を区切って、他の人と1つのチップをシェアしています。ちょうどこの部分がイチケンが作ったオペアンプの回路です。トランジスタのプロセスルールは0.6μmで、チップサイズは1.8mm角です。

価格は思ったよりも安くて、ベアチップ20個で20万円ちょいです。このチップの詳細については概要欄にあるリンクで動画としてまとめていますので、興味のある人はぜひチェックしてみてください。

高倍率のレンズを使って拡大すると、このようにトランジスタレベルで見えます。拡大していくとだんだん見えづらくなってきて、このあたりがやっぱり光学系の限界かなというところですね。だいたい5,000倍くらいが使える限界です。

実はこのレベルの拡大でも画像解析自体は出来まして、表面の凹凸具合が分かるようになっています。実際、メタルレイヤーがあるところなどは少し盛り上がっているのが分かりますよね。

あとは半導体同士をつないでいるビアの部分を見てほしいのですが、設計時点だとビアは四角で開けたのですが、少し形状が丸くなって角が取れていますよね。薬品とかガスで溶かしたりいろいろしているわけですが、どうしてもこのようにエッジが取れて丸くなってしまいます。実際作ってみると、このようになるんだっていうのがよくわかります。

そして最後の部品はこちら、プリント基板です。断面を観察します。プリント基板は上から見ることが多いですが、このように断面から見る機会って実はあまりないんですよね。

実際見てみると、このようになっています。今回は6層基板でやっています。このようにしっかりと6層になっています。一番表面にレジストがあって、その下に表層の銅箔があります。下の方には内側の層の銅箔があります。基材はFR4で、ガラス繊維とエポキシ樹脂です。

こちらの部分の縦方向に銅がありますが、これはビアです。今回のビアですが、パッドオンビアでやってみました。これはビアの上に銅箔を入れられるもので、高密度実装のときにパッドオンビアを出来ると非常に助かる場面が多いかと思います。

パッドオンビアはビアの上に銅箔を入れるので、ビアの中に何か充填する必要があります。今映っているものについては、ビアの中に樹脂を充填しているものです。これがあることで、表層の銅箔が凹んだり破れたりということはしません。

ここに充填する素材によっても、プリント基板の特性は変わります。こちらは樹脂に銅の粉末を混ぜたものを充填したものです。樹脂だけのものと比べると熱が伝わりやすく、さらに電流も流れやすくなります。ただ、その分値段は高くなります。電流を流すようなアプリケーションや、あとは基板の反対側まで熱をしっかりと伝えたい、そんな場合には銅のフィラーは良いですね。

今日はマイクロスコープを使って、電子部品など色々なものを観察してきました。実際に分解して中身がどうなっているのか確認する用途にも使えますし、また製造の現場などで、どれくらい細かい部分まで製品の品質が保たれているかというのをすぐに観察することが出来ます。例えば品質保証の担当者や開発者や研究者の方は、マイクロスコープがあると役に立つ機会は非常に多いかと思います。

もしハイロックスのマイクロスコープが気になる方がいましたら、概要欄にリンクがありますので、ぜひチェックしてみてください。

というわけで、もしこの動画が役に立ちましたら、高評価・チャンネル登録よろしくお願いします。何か気になることがありましたら、ぜひコメントも残してみてください。それでは、最後まで動画のご視聴ありがとうございました。