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インターポーザとは

THEME 06 後工程・パッケージ · 後工程・先進パッケージングInterposer
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インターポーザとは、チップとパッケージ基板の間に挟んで、配線の細かさを中継する薄い板です。 配線の細かさがけたで離れた2つを、あいだに1枚入れてつなぎます。

細かさの段差は、一段では埋まらない

Section titled “細かさの段差は、一段では埋まらない”

チップの側は極端に細かく作られ、その先にあるプリント基板はけた違いに粗い世界です。この段差を一段で埋める設計は、細かい側に合わせると基板づくりの側で行き詰まり、粗い側に合わせるとチップの端子を引き出す側で行き詰まります。

産業技術総合研究所が2003年に発表したインターポーザは、従来のプリント基板技術を用いた最小線幅50μm程度の配線から、最小線幅7.5μmの配線への微細化を実現しました1。チップ側とは、20μmピッチの微細バンプを用いたフリップチップでつなぐ工程に対応した設計です。片側は50μm、もう片側は数十μmのバンプで、その間を7.5μmの配線を持つ板が受け持ちます。

細かい側と粗い側の間には、もう1枚が入ります
あいだに1枚、挟みますチップチップ直接つなぐ細かいバンプインターポーザ ── 細かい配線を持つ中継の板パッケージ基板 ── 粗い配線の世界こちらは間隔が広い側一段で埋めると、どちらか片側にだけ合いますだから、中間の細かさを持つ板を1枚挟みます公開されている実際の寸法従来のプリント基板技術　最小線幅 50 μm 程度開発されたインターポーザ　最小線幅 7.5 μmチップとの接合　20 μm ピッチのバンプ距離が縮むと得られることロジックとメモリの距離が大幅に短縮されます信号伝送損失が小さく、高速かつ広帯域になりますGPUとHBMを隣接配置する実装は、すでに量産化されています
チップ側とパッケージ基板側では配線の細かさが桁で違います。一段で埋める設計は片側にだけ合うため、中間の細かさを持つ板を1枚挟みます。基板の50μm級に対して、インターポーザの配線は7.5μmです。

2.5Dでは、複数のチップを1枚の上に並べてつなぐ

Section titled “2.5Dでは、複数のチップを1枚の上に並べてつなぐ”

インターポーザが最も生きるのは、複数のチップを近くに配置する構成です。2.5Dパッケージは、パッケージ基板の上にインターポーザーと呼ばれる中間基板を配し、その上にロジックチップやメモリなどを近接して並べた構造です2。インターポーザーは主にシリコン製で、異なるチップ同士をサブミクロンオーダーの微細な配線が形成された表面の端子で高密度につなぎ、さらにTSVを介して下層のパッケージ基板へ信号や電源を伝えます。

レゾナックは、この構造により従来の2Dパッケージと比べてロジックチップとメモリチップの距離が大幅に短縮され、信号伝送損失が小さく、高速かつ広帯域のチップ間インターコネクトが可能になるとしています。GPUとHBMを同一シリコンインターポーザー上に隣接配置し、HBMの広いメモリ帯域を有効活用する実装は、すでに量産化されているとしています。

チップレットが実装として組み上がるのも、この土台があるからです。分けたダイを近くに並べて高密度につなぐ場所が要り、その場所がインターポーザです。

シリコン製はチップと同じだけ伸び、微細な配線も作れる

Section titled “シリコン製はチップと同じだけ伸び、微細な配線も作れる”

材料の選択が、そのまま性格の違いになります。東京エレクトロンは、シリコンインターポーザーについて、樹脂インターポーザーと違って半導体チップをフリップチップ実装しても熱膨張係数が同じため電気特性がよく、高速・高周波領域でも動作特性が良いとし3、より微細な配線やバンプ形成が可能になるとしています。

熱膨張係数が同じことが、つなぎ目にかかる力を左右します。シリコンと有機材料では温度が変わったときに伸びる量が違い、その差がつなぎ目へ力として集中します。インターポーザもシリコンなら、両側が同じだけ伸びます。

同じだけ伸びる材料どうしなら、つなぎ目の力は小さいままです
樹脂 ── 伸びる量が違いますチップ（シリコン）樹脂のインターポーザチップと伸びる量が違いますその差が、つなぎ目へ力として集中しますシリコン ── 伸びる量が同じですチップ（シリコン）シリコンのインターポーザどちらも同じだけ伸びます同じだけ伸びるので、力は小さいままですシリコンなら、同じだけ伸びますフリップチップ実装しても熱膨張係数が同じです電気特性がよく、高速・高周波でも動作特性が良好ですより微細な配線やバンプ形成が可能になります東京エレクトロンの公式用語集による記述です同じ技術で作れて、同じ費用もかかります細かい配線を作る方法は、前工程が持っていますそのぶん費用も半導体の水準になりますだから樹脂系でどこまで代われるかが探られています
チップはシリコンなので、樹脂のインターポーザでは温度が変わったときに伸びる量が違い、その差がつなぎ目へ力として集中します。インターポーザもシリコンなら熱膨張係数が同じで、両側が同じだけ伸びます。

シリコンなら、半導体の製造技術もそのまま使えます。細かい配線を作る方法はすでに前工程が持っており、チップを作る技術でチップをつなぐ板を作る構図です。

そのかわり、シリコンで作れば費用も半導体の水準になります。だから樹脂系や、より安価な材料でどこまで代われるかが、いまも探られています。

関連するデータ・ツール

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よくある質問（FAQ）

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インターポーザとは何ですか？

チップとパッケージ基板の間に挟んで、配線の細かさを中継する薄い板です。産総研は、LSIチップをつなぐための高密度微細配線インターポーザを開発しています。

なぜ中継が要るのですか？

両側で配線の細かさが違いすぎるためです。産総研は、従来のプリント基板技術を用いた最小線幅50μm程度の配線から、最小線幅7.5μmの配線への微細化を実現しました。

チップとはどうつなぐのですか？

20μmピッチの微細バンプを用いてLSIチップと直接つなぐ、フリップチップの工程に対応した設計です。

シリコン製と樹脂製の差はどこですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、シリコンインターポーザーが樹脂インターポーザーと違い、半導体チップをフリップチップ実装しても熱膨張係数が同じため電気特性がよく、高速・高周波領域でも動作特性が良いとし、より微細な配線やバンプ形成が可能になると記述しています。

2.5Dパッケージとは何ですか？

パッケージ基板の上にインターポーザーという中間基板を配し、その上にロジックチップやメモリなどを近接して並べた構造です。

どんな効果がありますか？

レゾナックは、この構造により従来の2Dパッケージと比べてロジックチップとメモリチップの距離が大幅に短縮され、信号伝送損失が小さく高速かつ広帯域のチップ間インターコネクトが可能になるとしています。

すでに使われているのですか？

レゾナックは、GPUとHBMを同一シリコンインターポーザー上に隣接配置してHBMの広いメモリ帯域を有効活用する実装が、すでに量産化されているとしています。

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