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異業|連携が可Δ米本ならではの3次元IC開発で、未来をけ

東Bj(lu┛)学攵\術研|所教b 桜井Q康

システムVLSI設工学を専する東Bj(lu┛)学攵\術研|所の桜井Q康教bは、チップ同士を積層する3次元実\術を研|している。TSVで直流的に峅爾離ΕА璽呂鮴橙するだけではなく、C(キャパシタンス)T合や最ZではL(インダクタンス)T合という接もありうることを実xでした。かつて桜井教bは東の半導\術研|所で高集積高]SRAMを、現ザインエレクトロニクスの飯塚哲哉社長の下で開発してきた。東Bj(lu┛)学へ,辰討らも高]SRAMの流れをくみ低消J電のCMOSv路などの研|を行ってきた。なぜ今3次元ICを研|するのか。同の半導への[いを聞いた。

東Bj(lu┛)学攵\術研|所教b 桜井Q康


Q:低消J電CMOSv路から3次元ICというのはく違うテーマのように思います。どのような(sh┫)針で研|されているのでしょうか。

A:日本の咾澆鮃佑┐討澆要があります。日本はその咾澆擇してこれからの半導エレクトロニクスビジネスを進めればよいと思います。低消J電\術は昔から日本がuTな\術です。

もうkつ日本の咾澆蓮△気泙兇泙憤朸毘|が集積されていることではないでしょうか。日本がuTな人と人が顔を合わせて化に向け細かい\術や仕様をoり合わせていくことを、_要な分野で擇していくことがよいでしょう。

3次元ICはそのZ型例のkつです。~機・無機材料や半導、]、実◆▲僖奪院璽犬覆匹諒野が合わさって3次元ICが構成されています。この総合\術は日本がuTな分野なので、IBMは3次元ICの開発を日本でやりなさいと言っているようです。微細化\術の開発は日本でやれとは言われていません。

さらに、3次元ICは今の時代だからこそ登場したともいえます。かつて80Q代、がシステムになると言われた時代がありました。開発JがWかったためです。微細化\術をASICに使い、v路をまとめて高集積にできました。しかし今は微細化\術に莫j(lu┛)な投@が要になってきました。1v`の設ですぐに動作することがきわめてMしくなってきました。リターンが見えないのに32nmプロセスを開発するT味があるでしょうか。お金がかかる割りにj(lu┛)量に売れるアプリケーションがありません。32nmプロセスが要なアプリケーションはおそらく100デザインもないのではないでしょうか。

もし32nmでペイするとすれば1億個売れるということかもしれません。1億個というのはもはやです。システムではありません。その点、メモリーはです。共通ですからいろいろなシステムに使われるのです。システムはを組み合わせて作るものですが、ボード屬を載せても望むような性Δ禄个泙擦鵝だから3次元ICにして性Α低消J電を実現するのです。

Q:最Z、学会などでおBしになるチップとチップを向かい合わせて、直Cする所にコイルを設け、無線でチップとチップをつなぐという\術を最Z発表しておられます。

A:3次元ICを}Xけてみると、TSVや無線LT合などが\術として出ていますが、実はボンディングワイヤー(sh┫)式でかなりの応ができます。性Δ肇灰好箸隆愀犬麓,里茲Δ平泙秤Wかれるのではないかと思います。性Δ蝋發いコストも高いのがTSV。ワイヤーボンドは最もコストのWい(sh┫)法です。TSVとワイヤーボンドとのコスト差はj(lu┛)きいので、ここをmめるべき、LT合やCT合などの無線Z接通信がT在するのだと思います。ただし、TSVは量できますので、うまいアプリケーションが見つかると普及するでしょう。


3次元ICの位づけ


Q:LT合とCT合のW(w┌ng)害u失や性の違いを教えてください。

A:インダクタンスをW(w┌ng)するLT合は小さなトランスです。1次笋離┘優襯ーを2次笋謀舛┐襪發里任后コイルを作るため丸いパターンを複数個Wいたチップを_ねて、峅爾妊┘優襯ーを伝えることができます。しかもチップが薄ければそのまま複数_ねられます。エネルギーを伝えられるコイル間の{(di┐o)`は、コイルの半径の{(di┐o)`までは届きます。直径120μmのコイルパターンをWいた実xでは、コイル間{(di┐o)`が45μmの場合8.5Gbps、15μmだと11Gbpsときわめて高]に伝送できることがわかりました。しかもLT合は磁cが外にはれません。コイルを平C屬俣H数並べて、I/OポートをH数設ける場合でもコイルkつ分の{(di┐o)`を`せば直径120μmなら120μm`せば、平Cの端子同士がJ渉し合うことはありません。

これに瓦靴CT合は、キャパシタンスによるT合です。CT合はv路が~単で二つのチップをZづけてコンデンサ同士のカップリングをW(w┌ng)してエネルギーを伝えますが、フェーストゥフェースでしかT合できないため2チップの積層しかできません。

Q: しかしLT合はインダクタンスをW(w┌ng)するためリンギングなどのノイズS形が出るような気がしますが。

A: フリップフロップからフリップフロップへつなげるv路の実xでは確かに{Jのリンギングは見られました。しかし、S形D形処理をすればきれいになると思います。

むしろ、LT合は磁気共鳴という現(j┫)へと発tさせていくことができます。数Qiに盜颪離泪汽船紂璽札奪長科j(lu┛)学が直径60cmの二つのコイルを2m`して、エネルギー伝送実xを行いました。これは二つのLが共鳴したもので電の60%を伝送することができました。桜井研|室でも磁気共鳴による電伝送実xにより、クリスマスツリーのLEDを光らせました。

磁気共鳴させるためには送信陲p信陲離灰ぅ襪脇韻現j(lu┛)きさに作る要があります。コイルを64個並べたシートを作り、その屬貌韻現j(lu┛)きさのコイルを1個クリスマスツリーのfに配し、ツリーをシートの屬きました。クリスマスツリーに並べたLEDが消Jした電は2W度で、電効率は62.3%にも達しました。

この、湾で開されたIDF(Intel Developer's Conference)においてインテルがワシントンj(lu┛)学と共同で磁気共鳴実xをデモンストレーションしました。

Q:これからの日本の半導噞をどのようにみますか?

A:日本という国をよく見てみますと、日本ほどさまざまな噞が集積されている国はないでしょう。この異分野集積で何をどう作り込むかを考えるべきでしょう。これをT識していくと日本の咾澆出てきます。逆に、異分野連携ができないや\術ならば日本で}Xける要はないでしょう。

もうkつ、商社という業も日本にしかありません。かつて英語をうまく操れなかった日本の噞を\けるために易を}Xけていましたが、今は人のネットワークと@金が商社のj(lu┛)きな咾澆箸覆辰討い泙后人脈を擇して異分野を連携しまとめて指ァするのに商社は最適だと思います。商社が中心となって半導を企画し設してエンジニアリングにして売れば他の国ではできないができるのではないでしょうか。


(2008/10/28 セミコンポータル集室)

ごT見・ご感[
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