Recent Trend of Glass Interposer Development

Abstract

1 ．はじめに スマートフォンやタブレットの普及により，インターネッ トを経由しクラウドにアクセスするデバイスは，ここ数年で 急増した。今後はそのような携帯機器に限らず，様々な機器 がネットワークに接続されクラウド上で連携する。そのため， Qualcomm の予測では行き交うデータトラフィックは近い将 来，現在の 1000 倍になると言われている 。そのような世 界の実現のためには，基幹部品である半導体部品のさらなる 高機能化，小型化が必要不可欠である。しかしながら， Moore の法則に従う半導体回路の微細化は限界に近付いてお り，More than Moore と呼ばれる回路の微細化のみに頼らな い方法での高機能化，小型化が求められている。そこで複数 の IC チップを 3 次元的に積層する 3D 実装や，高密度サブ ストレート基板 （インターポーザ） 上に IC チップを水平に複 数並べる 2.5D 実装は，スケーリングを保ちつつ，高密度化， 高性能化，低コスト化を達成できる現実的な方法として，今 後主流となることが予想される。またさらにはデジタル回路 に加え，センサ，パワー素子，受動部品等のこれまでボード 上に存在した機能を，大面積のインターポーザ上に搭載し， システムレベルでの小型化，最適化を図るシステムスケーリ ングも唱えられている 。 そのような More than Moore 時代のインターポーザは，ま すます進むバンプの狭ピッチ化，配線の微細化に対応する必 要がある。その将来のインターポーザとして，樹脂系やシリ コン系の基板での開発が進められているが，それぞれ微細化 及びコストに課題を抱えている。 そこで近年， 新たなインター ポーザ材料としてガラスが提案されており，世界中で研究開 発が進められている。特に 2010 年より米国ジョージア工科 大学 3D Systems Packaging Research Center （以下 GT-PRC） に て開催されているガラスインターポーザのコンソーシアムは， 現在では 30 社以上の企業が参加し，ガラスインターポーザ 開発の一大拠点となっている。 そこで本稿では，GT-PRC，及び弊社 （以下 AGC） での開発 の成果を中心に，ガラスインターポーザ開発の現状，課題， 展望を解説する。 2 ．インターポーザ材料としてのガラスの優位性と課題 これまで半導体パッケージ基板は，主にガラスエポキシ基 材を使用したコア基板の上下に配線層をビルドアップした樹 脂基板が多く使用されてきた。樹脂基板は，樹脂材料の改良， また内包するガラスクロス及びフィラーの量を増加させるこ とにより，低熱膨張率化，高 Tg 化を実現し，配線及びバン プピッチの微細化に対応してきた。 さらに最近では， 樹脂パッ ケージ基板の最表面の数層に，微細配線層を形成した 2.1D と呼ばれる構造の有機樹脂基板の開発が進んでいる。しかし ながら，材料に起因する形状安定性の限界と基板の反りの懸 念があり，特殊材料の開発によって高密度配線の形成を実現 しようとしている。 一方，高密度配線の要求を受け，2011 年に発表された Xilinx の Virtex-7 LX2000T（FPGA チップ 4 枚をシリコンイ ンターポーザ上に水平に配置） を皮切りに，近年，シリコン 基板を用いたインターポーザが開発され，ハイエンド用途で 使用され始めている 。BEOL 技術をベースにした微細配線 形成，高い弾性率による低反り，IC チップに完全マッチン グした熱膨張率，優れた放熱性等，シリコンインターポーザ はこれまで樹脂基板が抱えていた課題を解決し，次世代のイ ンターポーザになり得る。しかしながら，シリコンインター ポーザは樹脂基板に比べ材料，及びプロセスコストが高価で ある上，300 mm ウェハでの生産となるため，大きなサイズ のインターポーザでは取り数が悪化する。結果，製造コスト が下がらず，現在その使用はハイエンド用途のみに限定され ている。またシリコンは半導体であるため，TSV（Through-Silicon-Via） を含む伝送線路の損失が大きく，高周波用途には 向かないという欠点もある。 一方，ガラスはディスプレイ用途で利用されているように， 大パネルサイズでの生産が可能である。また近年のガラス成 形技術の進化により，100 μm 以下の超薄板基板が利用でき， シリコンインターポーザのように研磨による薄化の必要がな い。一方で，その形状安定性によりシリコンインターポーザ ガラスインターポーザの研究開発動向 佐 藤 陽一郎