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精密加工

三次元積層型センサ及びディテクタ向けマイクロバンプ形成技術

宮城県

東北マイクロテック株式会社

2020年5月12日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 ナノパーティクルデポジション法で形成する微細金コーンバンプを使った微細ピッチ低温バンプ接合技術の実用化研究開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 医療・健康・介護、航空・宇宙、半導体、エレクトロニクス、基礎科学
産業分野でのニーズ対応 高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(小型化・軽量化)、高性能化(精度向上)、高性能化(時間・空間的解像度向上)
キーワード 積層型センサ、積層型ディテクタ、マイクロバンプ、三次元積層、マイクロLEDディスプレイ
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成27年度~平成29年度

プロジェクトの詳細

事業概要

三次元積層型イメージセンサは、センサ領域が広く、かつ高速画像処理可能という特徴から、医療、車、天体観測・監視等の広い分野で適用が検討されている。化合物半導体センサまで含めると低温/低荷重、更には空間分解能向上のために微小ピッチでマイクロバンプによる電気的接続ができることが不可欠である。本研究では、ガスデポジション法を用いた金コーンバンプを微細化し、化合物半導体の特性劣化が抑えられる世界最先端の2μM以下のバンプピッチを実現できる積層技術を開発する

開発した技術のポイント

従来と同じチップサイズで100倍以上の解像度を上げることを目標に、従来の1/10以下のピッチ、かつ化合物半導体が劣化しない低温で、加熱圧着で積層できる技術の開発
(新技術)
ナノパーティクル堆積装置(NpD装置)を使う方法
(新技術のポイント)
簡単に微細化でき、かつコスト的に有利

具体的な成果

・金コーンバンプの開発
→ナノパーティクルデポジション装置を導入し、堆積速度向上のため改造/ナノパーティクルデポジション法で1μmφ金コーンバンプを形成/120℃で接合し、ほぼ理論値通りのバンプ抵抗が得られた
・金コーンバンプを使った自己集積化プロセスの開発
→コーンバンプ形状と自己集積化を併用して0.5μm以下の合せ精度を実現/バンプピッチ2μmを実現
・接続信頼性技術の開発
→1000サイクルの温度サイクル試験で、接合部の電気的特性劣化が無いことを確認

知財出願や広報活動等の状況

【論文】
(1)M. Motoyoshi et al.,” 3 Dimensional Stacked Pixel Detector and Sensor TechnologyUsing less than 3-μmφ Robust Bump Junctions,” Proc. 3DIC Conference, 2016
(2)T. Tsuboyama, S. Ono, M. Yamada, Y. Arai, M. Togawa, I. Kurachi, Y. Ikegami, K. Hara, A. Ishikawa, M. Ikebe, and M. Motoyoshi, Nucl. Inst. Meth., A 924, p. 422 (2019).
(3)M. Motoyoshi et al.,” Stacked Pixel Sensor / Detector technology using Au micro-bump Junction,” Proc. 3DIC Conference, 2019
(4)I. Kurachia, T. Tsuboyamab, Y. Araib, and M. Motoyoshi,Application of Three Dimensional Chip Stacking Technology for Fully Depleted Silicon-on-Insulator Quantum Beam Imager,Proc. 236th ECS Meeting(2019)

【特許】
(1)積層体及びその製造方法 US9,219,047
(2)外部接続機構、半導体装置及び積層パッケージ 特願2017-089870、US15/849,721、EPC 17210139.6
(3)固体撮像装置 特願2017-089871、US15/851,898、EPC 17210138.8
(4)積層型半導体装置及びこれに用いる複数のチップ 特願2018-218710

研究開発成果の利用シーン

・計測用X線センサ
・医療用X線センサ
・監視・車載用赤外線センサ
・高エネルギー物理学で使われるピクセル型素粒子検出器

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

複数の研究機関、センサメーカーから、プロトタイプの積層型センサデバイスの試作を受注し売り上げがある。一部は少量生産を目指した試作であり、現在は顧客数を増やすよう販路開拓を進めている。

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、加工・組立・処理、製品製造

製品・サービスのPRポイント

・簡単に微細化できる
・コスト的にも有利
・接続歩留まりが高い

今後の実用化・事業化の見通し

・現在、試作受託少量生産サービスを行い、2018年度後半から医療用センサのサンプル試作が始まる見込み
・2020年には、CtW(チップをウェハに積層していく方法)でスループットを上げ単価を下げる生産方式を検討
・化合物半導体積層X線センサ、赤外線センサ・LEDディスプレイ

実用化・事業化にあたっての課題

まだ、チップレベルの試作対応しかできていない。8”、12”ウェハプロセスに対応できるように製造装置をいかに入手するかが課題

事業化に向けた提携や連携の希望

8~12インチ対応の量産装置導入のための金融支援。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 東北マイクロテック株式会社
事業管理機関 東北マイクロテック株式会社
国立大学法人東北大学未来科学技術共同研究センター
研究等実施機関 国立大学法人東北大学未来科学技術共同研究センター
国立研究開発法人産業技術総合研究所
アドバイザー 株式会社島津製作所
ミクナスファインエンジニアリング株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 東北マイクロテック株式会社(法人番号:5370001019188)
事業内容 最先端の積層型三次元LSIの集積化技術の研究、製造
社員数 20 名
生産拠点 12インチライン:三次元LSI製造拠点(宮城県多賀城市)、本社:プロトタイプ試作ライン(宮城県仙台市)
本社所在地 〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉6-6-40 T-Biz203
ホームページ http://www.t-microtec.com/
連絡先窓口 東北マイクロテック株式会社 菊地真理子
メールアドレス m.kikuchi@t-microtec.com
電話番号 022-398-6264