第26回 TSV実用化に向けて：前田真一の最新実装技術あれこれ塾（4/4 ページ）

実装分野の最新技術を分かりやすく紹介する前田真一氏の連載「最新実装技術あれこれ塾」。第26回は、第25回に引き続きTSV（Through Silicon Via）について取り上げる。話題先行で実用化までまだ時間がかかると思われているTSVだが、ソニーの裏面照射CMOSセンサーの新製品にはTSVが適用されているのだ。

[前田真一，実装技術／MONOist]

4. TSVの技術発表

　表1と表2、昨年（2012年）のDAC（Design Automation Conference）と今年のDesignConの発表でTSV、2.5D、3D実装に関連した技術発表をリスト化しました。

　DACはIC設計のEDA（Electronic Design Automation）関連のコンベンションでLSIの設計、設計ツールの発表が主です。このため、大学からの発表も多く、アカデミックな論理的発表が多くなっています。

表1　DesignCon 2013　TSV関連発表（クリックで拡大）

表2　DAC 2012　TSV関連発表（クリックで拡大）

　DesignConはDesign Conventionの意味で、システムICから基板までシステム設計に関する発表が主となっています。このためメーカーからの発表が多く、具体的な設計などの話題が多くなっています。

　どちらの発表も近年は韓国や台湾などアジアからの発表が多くなっています。

　残念ながら日本からの発表は大変少なく、特に大学の発表はほとんど見受けられません。

　ここでも韓国や台湾のエレクトロニクス業界と日本の業界の勢いの差を感じます。また大学からの発表がなく、将来的な展望も気がかりです。

　やはりDACの発表はTSVの解析モデル化や解析の手法などが多いですが、解析には電気特性と熱解析があります（図12）。

図12　TSVの熱対策（DAC、Exploiting die-to-die thermal coupling in 3D IC placement Georgia Institute of Technology）（クリックで拡大）

　DesignConではやはり熱解析モデルや電気解析モデルに関する発表もありますが、製造不良解析に対する発表もあります（図13）。

図13　TSVの不良（DesignCon、High-Frequency TSV Failure Detection Method with Z parameter KAIST）（クリックで拡大）

　TSVの製造不良については、Hot Chips 24でのUMCの発表でも、開発初期ではいろいろなエラーが発生したものの、現在はこれらの問題は解決している、という発表もありました（図14）。

図14　TSV開発初期のトラブル（UMCのHot Cjips 24での発表資料より）（クリックで拡大）

　チップの3D実装に関しては、電気的な特性に関しては多くのメリットがありますが、熱は大きな問題となるといわれています。

　このため、学会などでも今回紹介した以外にも多くの発表があります^＊2）。

＊2）エレクトロニクス実装学会誌, 2013.Jan、Electronics Packaging 2012, 1, FEM Analysis on Mechnical Stress of 2.5D Packaging Interposers, Toshiya Hisada, Toyohiro Aoki, Junko Asai, Yasuharu Yamada IBM

　2.5D実装にあたっては、シリコンインタポーザはガラスエポキシインタポーザよりも熱導電率が高く、チップ面積も1チップSoCよりも多少大きくなります。このため、チップスケールパッケージ（CSP）LSIよりも多少良くなるともいわれています。

　また、現在、すでに実用化がされているメモリチップの3D実装についても熱の問題は大きくありません。

　これは、メモリチップのスタッキングはメモリチップの容量を増やすために行われるものだからです。いくらメモリチップを重ねても動作モードが現在の8ビットや16ビットの並列動作では、動作する回路は指定されたアドレスだけで発熱量は増えないからです。逆に、3D実装によりドライバを微小電流で駆動できるようになり、消費電流が下がります。

　しかし、CPUやSoCの積層や同時に512ビットのデータをアクセスするWide I/Oメモリの積層ではパッケージの消費電力が増加し、発熱や同時スイッチングノイズの問題が解決すべき問題として大きく立ちはだかってきます。

　2.5D実装やメモリチップの3D実装でTSVの普及を図りつつ、2〜3年で課題を解決し、本格的なTSVを使った3D実装を立ち上げる流れが見えてきました。

　日本は個々の技術はあるのですが、3D実装で何をしたいのか、何が変わるのか、トップマネジメントによるビジネスモデルが見えていないような感じがします。

　iPhoneやiPadをAppleが大ヒットさせたときもそうでしたが、「何も新しい技術はない。こんなものはわが社でも簡単に作れる」というようなトップマネジメント丸出しの姿勢を打ち出すのではなく、ビジネスビジョンをもった開発を進めることを期待します。

筆者紹介

前田 真一（マエダ シンイチ）

KEI Systems、日本サーキット。日米で、高速システムの開発／解析コンサルティングを手掛ける。

近著：「現場の即戦力シリーズ　見てわかる高速回路のノイズ解析」（技術評論社）