ヘテロ集積化における接合技術｜半導体・先端デバイスの集積化

半導体や先端デバイスの高性能化に伴い、異なる材料や機能を組み合わせる
ヘテロ集積化技術への関心が高まっています。
近年では、複数のチップを組み合わせてシステムを構成するチップレット化の流れも進み、
実装・接合技術の重要性が一層増しています。

本ページでは、ヘテロ集積化における接合技術について、
一般的な考え方や代表的な手法、これまでの対応事例を中心に紹介します。

ヘテロ集積化とは何か（What is Heterogeneous Integration?）

ヘテロ集積化（Heterogeneous Integration）とは、
異なる材料や機能を持つデバイスやチップを組み合わせ、
一つのシステムとして統合する技術の総称です。

近年では、チップレット（Chiplet）に代表される実装形態の広がりにより、
半導体や先端デバイス分野で重要性が高まっています。
ヘテロ集積化を支える基盤技術として、接合・実装技術が重要な役割を担っています。

接合・実装技術の種類

ウェハー接合（Wafer Bonding）

ウェハー接合は、ウェハー同士を接合することで、高精度な位置合わせが可能な実装手法です。
特に、接合界面を連続的に形成できるため、
ハーメチックシール（気密封止）を実現できる点が大きな特徴です。

ヘテロ集積化においては、異種材料ウェハーの集積や、
封止と実装を同時に行うプロセスとして活用されるケースもあります。

フリップチップ接合（Flip-Chip Bonding）

チップを反転させ、電極やバンプを介して基板や他チップに接合する方式です。
電気的接続と実装を同時に行える点が特徴で、
チップレット実装を含む先端パッケージング分野で広く用いられています。

ダイボンディング（Die Bonding）

個片化したチップを基板やキャリアに固定する実装手法です。

主に機械的固定や位置決めを目的とし、
電気的接続は別工程で行われる場合が多いのが特徴です。

試作したデバイスをセラミックパッケージやメタルCANパッケージに実装するときにも使用します。

接合方法の選定で考慮される主なポイント

接合・実装方式の選定にあたっては、以下のような点を検討する必要があります。

• 材料の組み合わせ
  接合対象となる材料の種類や特性により、適用可能な接合方式が異なります。
• 温度条件・プロセス制約
  デバイスや後工程が許容できる温度範囲を考慮する必要があります。
• 構造・寸法精度への要求
  アライメント精度や接合後の形状安定性が求められる場合があります。
• 応力・歪みへの配慮
  接合によって生じる熱応力や機械的歪みが、デバイス特性に影響することがあります。
• 封止性・信頼性の要求
  ハーメチックシールの要否や、長期信頼性への影響を考慮します。
• 電気的・熱的特性
  電気接続や放熱性能が求められる場合、接合方式が重要な要素となります。
• 評価・検証のしやすさ
  研究開発段階では、評価や再検討が行いやすい工程構成であることも重要です。

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※接合条件や解析内容は案件ごとに異なるため、詳細は個別にご相談ください。