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由特別任命的栗田洋一郎教授（東京工業大學創新研究所未來科學技術跨學科研究實驗室）和合作研究公司組成的研究團隊已經開發出了新型小芯片（Chiplet）集成技術，它使用一種稱為“支柱懸索橋（Pillar-Suspended Bridge，PSB）”的技術。該技術滿足了寬帶芯片到芯片通信和可擴展小芯片集成的要求，這是未來大規模小芯片集成所必需的，具有最少的配置和制造工藝。
它具有硅橋互連結構，通過精細的“MicroPillar”實現芯片之間的寬帶通信，以及稱為“All Chip-last.”的制造工藝，結構和工藝以最簡單的形式提供了小芯片集成的要求。這項技術有望加速未來半導體集成電路系統技術的演進。
這項研究是在10月1日成立的Chiplet集成平臺聯盟之前與葵電子有限公司和其他四家公司聯合進行的。詳細結果在10月3日晚上10點（日本時間）在美國波士頓舉行的IMAPS 2022國際會議上公布。
除東京工業大學外，Chiplet集成平臺聯盟還以大阪大學（特別任命教授和名譽教授菅沼勝明教授）和東北大學（福島高文副教授）為中心，計劃有32家公司參加（截至2022年9月）。它涵蓋了一般的小芯片集成平臺技術研究，包括3D集成技術和光學集成技術。
背景
自20世紀中葉發明以來，半導體集成電路已成為世界數字化轉型背后的驅動力，摩爾定律通過器件小型化和改進集成來提高性能，降低功耗并降低成本。然而，近年來，半導體電路的尺寸已經小型化到幾納米。由于構成半導體的原子大小所施加的物理限制，工業界現在承認法律的消亡。
與此同時，小芯片集成技術（圖1）作為一種新的進化途徑，在小型化的基礎上擴大集成規模、提高性能/降低功耗，成為人們關注的焦點。這包括從一系列集成電路芯片組裝主要系統，這些芯片比傳統的半導體封裝技術更緊密地耦合。這超越了半導體晶圓和芯片的物理/制造技術維度，并大規模集成了不同的功能和結構。這使得通過異構集成和集成可擴展性提供改進的性能成為可能，這是傳統半導體集成電路技術無法實現的。
圖1. 傳統半導體集成電路與小芯片集成結構的比較
使用硅轉接板和基于聚合物的RDL轉接板的集成技術已經開發并實現為小芯片集成的平臺技術，但大規模集成受到晶圓尺寸和制造技術的限制。與此同時，一種使用本地排列的高密度布線芯片（稱為硅橋）的技術正在開發中，以實現大規模集成。然而，結構和制造過程的復雜性以及提高集成度所需的高制造精度是一項挑戰。
研究成果
針對上述背景和挑戰，我們設計了PSB技術作為最小芯片集成結構/工藝，并制作了概念驗證原型來證明其可行性。圖1和圖2顯示了PSB橋接結構。只有一種稱為“微螺旋”的柱狀金屬入到小芯片和硅橋之間的連接處。小芯片與橋一起用樹脂密封，并通過穿透硅橋側die的“高柱”連接到外部電極。這種結構使得通過最小化小芯片/橋接互連組件來提高芯片間連接密度和電氣性能成為可能，并改善外部連接布線的高頻性能和散熱性能。它的另一個優點是可以選擇橋接布線的類型，在擴展集成（已知良好的橋接器）時沒有良率問題，并且集成模塊的尺寸和制造單元可以擴展到大型面板。這種結構是通過（1）高粘合精度和減少“芯片偏移”（芯片在die密封過程中移動的現象）和（2）具有匹配線性膨脹的粘合過程（熱膨脹系數：CTE）而產生的。
圖 2. PSB小芯片集成結構概念驗證樣品的外觀
因此，PSB結構具有簡單合理的結構，用于使用硅橋進行小芯片集成。通過將具有扇出功能的布線層（例如，RDL轉接板）連接到此層，可以組裝如圖3所示的理想小芯片集成封裝或如圖4所示的大型小芯片集成系統。
圖3. 理想小芯片集成封裝
圖 4. 大規模小芯片集成
半導體集成電路的小型化預計將放緩，但小芯片集成技術很可能是提高系統性能的新進化路徑。從長遠來看，這種平臺技術有望對人類社會產生巨大影響，并隨之而來的是一個巨大的產業的出現。這項技術及其組件技術和應用有望促成這些趨勢。
未來發展
我們計劃提高互連密度并擴大集成，開發高性能橋梁布線技術和全球布線集成技術，驗證可靠性并驗證系統應用。
此外，我們于2022年10月1日成立Chiplet集成平臺聯盟，旨在從制造技術和組件技術到應用及其產業化的價值鏈中的研發，針對一般小芯片集成平臺技術，包括本研究。與東京工業大學一起，主要聯盟成員是大阪大學（特別任命教授和名譽教授菅沼勝明）和東北大學（福島高文副教授），計劃有32家公司參加（截至2022年9月）。它涵蓋了一般的小芯片集成平臺技術研究，包括3D集成技術和光學集成技術。
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