基盤技術

IMSIのロードマップは他とは少し違うところがあります。それは、従来技術の延長線上ではなく、自然界の物理法則・物性に素直に従い、従って、本質的に単純な原理・構造に基づく提案になっていることです。

■電磁気学の法則とプラズモニクス的考察に則ったペア線路による配線・接続構造を提案しています。
→周波数を向上させ、基本的な2値伝送を維持することで単純な入出力インターフェースによる高速信号伝送を実現しています。

■固体材料の表面活性を利用した常温接合を提案しています。
→表面活性化プロセスにより接合の低温化を実現し、不必要な界面層のない理想的な直接接合を、高信頼性かつ低コストで実現しています。

ペア線路による高速信号伝送

IMSIでは設立当初より、電磁気学と物性の原理に立ち返った高速信号伝送の研究に取り組んできました。電気エネルギは2本のペア線路があって初めて光速の電磁波エネルギとして流れる、という本質に基づき、信号をペア線路に閉じ込めて伝送する配線・接続構造を提案し、ペア線路あたりFR-4基板400mm長で6Gbps、Ethernet 100mで1Gbpsの伝送が可能であることを示しました。

・配線数増大・3Dマトリックスデバイスに基づく分散並列処理と、信号伝送の超高速化を追求。
・バンプレス・インターコネクト技術との統合による、メモリと論理を兼ねる「メモリ・論理共役システム」への道筋を提示。
・これらの成果を、SI（シグナルインテグリティ）およびPI（パワーインテグリティ）にわたる高速信号処理技術設計ガイドラインとして体系化。

表面活性化常温接合法（Surface Activated Bonding:SAB）は、真空中で材料の表面を清浄化・活性化し、その表面同士を常温で重ね合わせるのみで強固な接合を得るというユニークな接合方法です。金属だけでなく、半導体、セラミックス、プラスチックなどのさまざまな材料へ適用できます。近年では、大気中での接合も可能となっています。

夢ではなくなった常温接合技術

実用・量産化技術としての常温接合

・対象条件によって、大気中接合も可能であり、常温接合であることによる高スループットが実現されます。
・会員装置メーカから量産装置が市場に出されるに至っています。

先導的新プロセスの提案

・半導体、金属の接合のみならず、ポリマフィルム、ガラスの接合、さらにはこれと金属、半導体とのハイブリッドボンディングが可能になりました。
・また、常温接合でありながら、高温プロセス処理に耐え、かつ常温で剥離可能な高温リバーシブルインターコネクトを開発しています。

対象分野の拡大

・半導体・マイクロエレクトロニクス関連では、3D集積化のための低温接合、圧電単結晶基板接合による部品製造、MEMSパッケージへの適用などで実用化・量産化が始まっています。
・さらに、多接合太陽電池やSi-フォトニクスデバイス、パワーモジュール、有機ELDの封止などへの適用が進んでいます。

バンプレス・インターコネクト（2000年・2008年）

グローバルインターコネクト：チップレットを用いた2.5D実装の概念の原点（2001年）

表面活性化接合（SAB）による室温でのCu-Cu直接接合（2003年）

表面活性化接合の拡張

原子拡散接合ADB（Atomic Diffusion Bonding）

・超高真空中で、接合する2枚の基板表面にそれぞれ数nm程度の極薄金属膜や無機薄膜をスパッタ成膜し、真空を破らずにそのまま重ね合わせることで、膜同士の界面や結晶粒界での原子拡散により常温で強固な接合を得る技術です。
・Ti、Au、Ptなど多様な金属膜のほか、酸化物膜や窒化物膜でも接合でき、基板材料を選ばず、ウエハ全面を均一に接合できます。
・膜厚を極めて薄くすることで光の吸収をほとんど生じない透明な接合も可能であり、光学デバイスや圧電デバイス、MEMSのウエハレベル封止などへの応用が進んでいます。
・表面活性化接合（SAB）とならぶ常温接合の有力な手法として、IMSIでは両者を相補的な技術として位置づけ、研究を進めています。

原子拡散接合（ADB）による超高真空中でのCu-Cu接合

拡張SAB（Modified SAB）

・イオン衝撃による酸化膜除去のみならず、プラチナ触媒によるギ酸活性化を使い、大気圧下での低温接合が可能になりました（200℃以下）。
・イオン衝撃によるダングリングボンド露出に加え、親水化との組み合わせによる大気中低温接合が可能になりました（200℃以下）。
・金やSiの中間層（ナノ密着層）を導入することにより、常温接合は、ガラスやポリマーフィルムにも適用されています（常温）。

極低温接合（Cryogenic Bonding）とは

・従来、常温より温度が高くても、はんだ付け温度以下、あるいはCuの熱拡散接合が困難であるような200℃以下の接合は「低温接合」と称されてきました。しかし、最近、表面活性化によって常温以下の液体窒素温度であっても、直接接合が可能であることがわかり、そのメカニズムの解明が期待されるとともに、文字通りの「極低温接合（Cryogenic Bonding）」が可能であることが示されています。

最近の実装技術におけるホットな話題として、ヘテロジニアスインテグレーション（異種チップ集積）があります。特に、AIデータセンターや車載インバーターの分野では、パワー密度の向上と低損失化を実現するため、SiCやGaNといった次世代パワーデバイスの採用が必須となりつつあります。

これらのワイドバンドギャップ（WBG）デバイスは高速スイッチングが可能で、大幅な損失低減と小型化を実現できる反面、その性能を最大限に引き出すためには、実装における配線の低インダクタンス化と高い放熱性の両立が不可欠です。従来のSiデバイス向けのモジュール構造技術をそのまま適用しても、WBGデバイスの特性は十分に発揮できません。

Embedding（基板内蔵）実装

この課題を解決する有力なソリューションとして、現在、パワー半導体をプリント配線板内に埋め込み、銅配線で直接接続する「Embedding（基板内蔵）実装」が大きな注目を集めています。しかし、従来のSi半導体と比較して、高電圧下での絶縁性の確保、放熱設計、接続部の信頼性など、実用化に向けては実装技術の総合的な検討が必要です。

IMSIのパワーモジュールWGでは、こうした課題に対し、3次元配線技術、高放熱複合基板の創出と、それらを構成するための高耐熱材料・部品の研究、さらにパワーモジュールがシステムとして最適に動作するためのセンサ技術を駆使した知能化に関して研究を進めています。