半導体の2.5D（2.5次元）実装

電子機器の高性能化が進む中で、半導体には以前よりも高速なデータ処理や省電力性能が求められています。さまざまな技術の中で注目されているのが、複数のチップを高効率に接続する「2.5D（2.5次元）実装」です。本記事では、2.5次元実装の基本構造や必要な技術についてわかりやすく解説します。

半導体の2.5D（2.5次元）実装とは？

半導体の2.5D（2.5次元）実装とは、パッケージ基板にインターポーザという中間基板を配置したうえで、複数のチップを近接して実装する技術です。ここでは、2.5D実装の基本構造やメリット、2D・3D装との違いについて解説します。

2.5D実装の基本構造

2.5D実装は、インターポーザと呼ばれる中間基板の上に、複数の半導体チップを横並びで配置する技術です。インターポーザには、シリコンなどを用いた微細な配線層が形成されており、従来の基板よりも高密度な配線が行えます。

各チップはマイクロバンプなどを介してインターポーザに接続され、内部配線を通じて高速にデータ通信を行います。インターポーザはパッケージ基板の上に配置されているため、外部との接続も確保できる点が特徴です。

2.5D実装のメリット

まず高速通信と低消費電力を両立できる点が、2.5D実装のメリットです。チップ同士をインターポーザ上で近接させ、微細で短い配線によって接続するため、従来の基板配線に比べて信号遅延が小さくなります。データ転送速度が向上し、電力損失を抑えられます。

また、異なる機能のチップを組み合わせやすい点も、2.5D実装のメリットです。異なるチップを柔軟に組み合わせることで、システム全体の性能を向上させます。

2D・3D実装との違い

チップを配置する方向と接続する方法に違いがあります。2D実装は、パッケージ基板上に複数のチップを並べて接続する従来方式です。構造がシンプルで、コストを抑えられます。

2.5D実装は、チップを横並びに配置しながらも、インターポーザを介して高密度配線を行います。性能と実装難易度のバランスに優れ、2D実装と3D実装の中間的な技術です。

3D実装は、チップを上下に積層し、貫通電極（TSV）で接続します。さらなる高密度化と高速通信を実現できる技術です。

半導体の2.5D（2.5次元）実装を実現する技術

TSV（シリコン貫通電極）による接続技術

TSVは、シリコン基板を上下方向に貫通する微細な導電経路です。TSVにより、インターポーザの上に配置された半導体チップと下のパッケージ基板を接続できます。チップ間の距離は極めて短くなり、信号遅延や電力損失を抑える点がメリットです。チップを高密度に配置できるため、限られたスペースでも多くの信号を処理できます。

チップレット集積技術

チップレット集積技術は、複数の小型チップ（チップレット）を1つのパッケージ内に配置する技術です。従来は1枚の大型チップにすべての機能を集約していました。チップレット集積技術では、機能ごとに小型チップ化されたチップレットを組み合わせ、インターポーザ上で接続することで、高性能化と設計の柔軟性を両立します。コスト削減のみならず、異なる製造プロセスのチップを組み合わせることも可能です。