世界を変える5G
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» 2021年02月23日 06時00分 公開

「iPhone 12」を分解 バッテリー容量が減少した理由、米国モデルが搭載するミリ波ユニットの特徴は?バラして見ずにはいられない(2/3 ページ)

[柏尾南壮(フォーマルハウト・テクノ・ソリューションズ),ITmedia]

米国向けモデルが搭載するミリ波ユニットの特徴

 5Gは2種類の電波で通信する。6GHz以下の周波数を使う「Sub-6」と28GHz以上の周波数を使う「ミリ波」である。米国の二大携帯電話事業会社は電波割当の関係で5Gサービスをミリ波からスタートすることになった。このため、2019年より徐々にリリースされるようになったミリ波対応スマホは事実上米国モデルであった。

 Sub-6とミリ波は周波数の開きが大きい。Sub-6はLTEの部品の延長で運用できる部分もあるが、ミリ波は専用のICやアンテナが必要となる。多くの場合、短冊形をしたモジュールにアンテナやICなどを詰めて「Antenna in Package(AiP)」を構成しており、Qualcommが量産しているAiPは1個およそ15ドルである。どのようにスマホを握ってもミリ波通信可能な状態を維持するため、スマホのあちこちに複数のAiPを搭載する。

 iPhoneではデータ通信用に2か所、センサー用として1か所、合計3か所にミリ波モジュールを搭載している。内訳はAiPが1個、メインボードに1個、センサー用に1個となる。いずれもQualcommからICだけを購入し、アンテナを含む残りの部分は自前で開発したと思われる。

iPhone 12 メインボード上のミリ波ユニット。左が村田製作所のパッケージで内部にミリ波通信関連電子部品を納めている。右側はミリ波用周波数変換IC。パッケージの中で周波数を一度周波数変換した信号の周波数を更に変換する

 AiPは、村田製作所がパッケージングしたと推定される。パッケージ内部にはQualcommのミリ波送受信兼周波数変換器用ICが1個、電源ICが1個搭載されているとみられる。これらはグレーの樹脂の内側にある。裏側の黒い面はアンテナで、X線で見るとアンテナ4個が認められる。アンテナにはミリ波に適した信号減衰の少ない「液晶ポリマー」と呼ばれる材料が使用されている

 2つ目のミリ波ユニットはメインボードに搭載されている。アンテナとICが分離しているのが特徴だ。メインボードの片側に村田製作所のモジュールがあり、中身はAiPと同様だ。その基板の裏側にミリ波アンテナ8個がステッカーのように装着されている。日本版などミリ波非対応のメインボードを見ると、この場所には無数のアンテナ接続ポイントを見ることができる

iPhone 12 メインボード裏側のミリ波アンテナ。8素子のアンテナが見える。画面下は2個目のミリ波ユニットでAiP。黒い面がアンテナ。これらを接続するケーブルは液晶ポリマーと推定される

 アンテナとICを分離した「非AiPミリ波ユニット」は、iPhoneが世界初の採用例と思われる。薄いアンテナが独立することで設置場所の自由度が高まる。本体の薄型化などに対応しやすく、透明なアンテナなどが開発されれば、ディスプレイ側にアンテナを設置するスマホも登場するかもしれない。

 3個目のミリ波ユニットはデータ通信用ではない。高周波の電波が人体に与える影響を考慮し、スマホと頭部の距離を測定し、距離に応じてデータ通信用ミリ波アンテナの出力を調整する役割と推定される。搭載場所はディスプレイ部の顔認証「Face ID」用赤外線カメラと自撮用カメラの間である。このような目的で使用される電波は、「ISM (Industry, Science, Medical)バンド」と呼ばれている。世界中で使用されており、周波数は14MHzから24GHzまで幅広い。

 スマホと頭部の距離を測定するセンサーの1つに、赤外線を使う近接センサーがある。これで対物距離の認識は可能だが、形状認識能力はない。形状認識には高周波の電波が必要で、ISMバンドとして使用されている中で最も周波数が高い24GHzが使用されていると推測している。スマホにミリ波が搭載されるとこの種の装備が搭載されるという話は以前からあり、今回のiPhoneで初めてその搭載例を見ることができた。

iPhone 12 3個目のミリ波ユニット。人体への影響を考慮した頭部との距離を測定するセンサー。周波数は形状認識が可能になる高周波の24GHzと推定される

【訂正:2021年2月23日21時00分 初出時、2ページ目のキャプションに合致しない画像を掲載していました。おわびして訂正致します】

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