インターポーザとは？3DIC時代の接続技術をやさしく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

はじめに

インターポーザとは、半導体チップ同士を接続するための中間基板のことです。現代の集積回路で高密度・高性能な接続を実現する重要な役割を担います。この記事では、インターポーザの基本を中学生にもわかる言葉で解説します。

インターポーザの基本的な役割

ダイとパッケージ、あるいはダイと基板の間に置かれるこの中間基板は、高密度の配線を実現する橋渡し役として働きます。従来の配線では端子間の距離が長くなり、信号の速度やノイズが問題になることがありました。インターポーザは再配線層(RDL)と呼ばれる金属のパターンを使って、チップの端子を新しい配置に変換します。これにより、ダイの小さな端子間隔でも多くの接続を作ることが可能になります。

仕組みと構造のポイント

インターポーザの仕組みをかんたんにいうと、中間基板上にRDLを描くことで、ダイの信号を外部へ適切に伝える経路を作ることです。場合によっては、TSV(Through-Silicon Via)と呼ばれる貫通 vias を使ってダイの上下を直接結ぶ設計もあります。これにより、垂直方向の接続も可能になり、2.5D/3D ICと組み合わせることでさらなる集積度を実現します。

材料と構造の違い

材料としては、シリコン・インターポーザ、ガラス・インターポーザ、有機系インターポーザなどがあり、それぞれ特性が異なります。シリコンは熱膨張の性質が安定して高密度配線に向く一方、ガラスは電気の特性が良く、有機系はコストと柔軟性のバランスがとれます。構造としては、基板層の上に再配線層(RDL)を重ね、必要に応じてダイとパッケージを接続する層を形成します。

主要用途と現場の例

インターポーザは特に、高性能計算(HPC)のGPU・AIチップ、大容量メモリを組み合わせるシステム、あるいは複数のダイを1つのパッケージに統合する場面で活躍します。2.5D/3D ICと組み合わせることで、個々のチップを独立して製造・検証しつつ、最終的には高い演算性能を実現します。

メリットとデメリット

メリットには、接続密度の向上、信号品質の改善、熱設計の柔軟性、設計自由度の向上などが挙げられます。これにより、チップ間の距離を短く保ちつつ高周波信号を安定させることができます。デメリットとしては、製造プロセスの複雑さや材料の熱膨張の違いによる機械的ストレス、初期投資コストの高さなどがあり、設計段階での慎重な判断が必要となります。

歴史的背景と発展

インターポーザの概念は、チップの小型化と高集積化が進む中で登場しました。初期の頃は比較的低密度の接続でしたが、技術が進むにつれRDLの配線密度が上がり、TSVの実装が現実的になりました。今では、2.5D/3D ICのコア技術として多くの製品や研究で活用され、AI・データセンター向けの大規模チップ群にも適用が広がっています。

表で見る特徴とポイント

特徴	説明
材料の多様性	シリコン、ガラス、有機系など、用途に応じて選択されます。
接続密度	RDLにより高密度の配線が実現します。
垂直接続	TSVを用いるとダイ間の垂直結続が可能です。
用途	GPUやAIチップ、HPC、メモリの組み合わせで活躍します。
デメリット	製造の複雑さ、コスト、熱と機械的応力の問題。

まとめ

インターポーザは、現代の集積回路で「高密度・高性能な接続」を実現する重要な技術です。理解のポイントは、中間基板としての役割と、再配線層（RDL）を使った柔軟な配線設計、そしてTSVなどの垂直接続技術の有効性にあります。今後も、チップの小型化と高性能化が進むにつれて、インターポーザの需要は一層高まるでしょう。

インターポーザの関連サジェスト解説

ガラスインターポーザとは: ガラスインターポーザとは、半導体デバイスを1つのパッケージにまとめてつなぐための薄い板状の基板のことです。インターポーザ（interposer）は、チップと回路基板をつなぐ“中継役”を果たします。ガラスインターポーザは材料にガラスを使う点が特徴で、すべてを同じ素材で作ることで配線の設計が安定しやすくなります。ガラスは誘電率が低く、信号が伝わる速さや品質に良い影響を与えると考えられています。さらに膨張係数が近い素材と組み合わせると温度変化による歪みを抑えやすいこともメリットです。具体的には、薄いガラスの板の上に Copper などの銅配線を作り、チップ間を結ぶパスをガラスの上に作ります。チップ同士やチップと基板をつなぐ経路は、ガラスに開けられた微小な穴（Through Glass Via＝TGV）を通って結ばれます。TGV はガラスを縦に貫通して配線をつなぐ役割を果たし、複数のチップを近くに配置して高速なデータのやり取りを可能にします。こうした仕組みを使うと、2.5D や 3D パッケージングでの実装が進みます。使われる場面としては、AI チップや GPU など大きなデータを扱う装置、通信機器の高速データ伝送を必要とする場面が挙げられます。ガラスは柔軟性が高い素材ではありませんが、平均的な熱変化の中でも安定して動作しやすく、薄型化がしやすい点が魅力です。一方で割れやすさや製造コスト、量産性の問題があり、現在はまだ普及の途上です。将来的には技術の進歩とコストの改善が進むことで、より広い分野で使われる可能性があると考えられています。

インターポーザの同意語

中継基板: ICとパッケージを結ぶ中間的な基板。複数のダイ間の配線を集約して、パッケージとダイをつなぐ役割を果たします。
中間基板: 二つの部品や層の間をつなぐ基板。2.5D/3Dパッケージ設計で使われる中間的な基板概念です。
サブストレート: 英語の substrate の和訳で、ダイを載せる基板。配線を集約してダイと他部品を結ぶ役割を担います。
サブストレート基板: substrate の意味を強調した呼び方。インターポーザと同義に使われることがある基板の総称です。
インターポーザ基板: インターポーザとほぼ同義の表現。ダイ間の配線を中継する役割を持つ基板です。
層間基板: 複数の回路層をまたぐ配線を実現する基板。インターポーザの機能を指す文脈で使われます。
ブリッジ基板: チップ間の接続を橋渡しする目的の基板。インターポーザの別名として使われることがあります。
2.5Dパッケージ用中間基板: 2.5Dパッケージを実現する際に用いられる中間基板。ダイ間の接続を集約します。

インターポーザの対義語・反対語

直接接続: インターポーザを介さず、パッケージと基板を直に接続する構成。中間の介在物がないため、配線長が短くシンプルな経路になります。
直結: 部品間に中間部材を挟まず直接結合すること。介在物なしの実装を指す言い回しとして使われます。
ボード直結: 基板（ボード）と部品を直接結ぶ設計・実装。インターポーサを使わず、直接パッドを結ぶイメージです。
パッケージ直結: パッケージと基板を直接接続する形態。ないしはパッケージ内の信号を直接基板に伝える構成を指すことがあります。
直接実装: 部品を基板に直接取り付けて接続する実装手法。介在物を使わず、直結・直接接続を強調します。
直接配線: 基板上のトレースや配線を介して部品を直結させる設計。中間の介在層を使わない配線構造を指します。
モノリシック実装: 複数の機能や部品を1つのダイやパッケージに統合して、相互を直接接続する設計。インターポーサを介さない集積化の方向性を意味します。
集積化: 機能を1つのIC/パッケージへ統合する設計思想。部品間の分離を減らし、直接的・一体的な実装を志向します。

インターポーザの共起語

2.5Dパッケージ: 複数のダイを一枚のインターポーザ上に並べ、インターポーザの配線でダイ同士を結ぶパッケージ形態。基板へは個別のダイをまとめて接続する方式です。
3DIC: 3次元集積回路の略。ダイを垂直方向に積み重ねて一つのチップのように統合する構造で、インターポーザは主に2.5Dの代替・補助として使われることが多いです。
インターポーザ基板: ダイと外部基板を結ぶ中間の基板。配線を集約・高密度化する役割を果たします。
ガラスインターポーザ: 材料がガラスのインターポーザ。低誘電率・低損失で微細配線に適しています。
セラミックインターポーザ: 材料がセラミックのインターポーザ。熱伝導性や機械的安定性が高く、高信頼性の用途に向くことが多いです。
導体配線層: インターポーザ上に形成する銅などの配線層。ダイ間の信号を運ぶ経路になります。
ビア: ビア（Via）は層間を貫通して電気をつなぐ穴。配線層同士を結ぶ重要な要素です。
ビアアレイ: 多数のビアを格子状に並べた配列。高密度の接続を実現します。
グリッドアレー: Grid Arrayの略。ダイとパッケージの接続を格子状の接点で担う配置です。
BGA: ボールグリッドアレイ。はんだボールで外部基板と接続する代表的な実装形式です。
CSP: Chip Scale Packageの略。ダイに近いサイズの小型パッケージで、インターポーザと組み合わせて高密度化が進みます。
TSV: Through-Silicon Viaの略。シリコンを貫通して信号を層間で伝える技術。3DICなどで重要です。
Via: 層間接続のための穴。インターポーザ上の配線層間をつなぐ基本要素です。
SiP (System-in-Package): 複数の機能デバイスを一つのパッケージにまとめた構成。インターポーザはデバイス間の接続基盤として使われます。
高密度実装: 限られたスペースに多くの部品・配線を詰め込む設計思想。インターポーザは高密度実装を実現します。
信号品質: 高速・高周波信号の伝送品質のこと。インターポーザは配線長・容量・ノイズなどに影響します。
電源/グランド設計: 電源とグランドの経路設計。ノイズ対策や電源整合性を確保することが重要です。
熱設計: 発熱を抑え、効果的に熱を逃がす設計。高密度実装の課題として重要です。
ハイブリッド統合: 異なるダイ・デバイスを一つのパッケージに統合する方法。インターポーザはその接続基盤として使われます。
基板材料: インターポーザに使われる材料の総称。ガラス、セラミック、シリコン等があります。
熱管理: パッケージ全体の熱の放散・管理。インターポーザ設計にも関係します。
はんだボール: BGAなどで使われるはんだの球。外部基板との接続手段の一つです。

インターポーザの関連用語

インターポーザ: 半導体パッケージの中間層で、ダイとパッケージ基板を電気的に接続するための導体層・絶縁層をもつ部品。2.5Dや3Dパッケージで用いられ、複数のダイを一つの基板上に集約して配線を引き回します。
2.5Dパッケージ: 複数のダイを1つのインターポーザ上に配置し、ダイ同士を短距離の配線で接続して基板へ出力するパッケージ形態。TSVは必須ではなく、比較的低コストで高密度接続を実現します。
3Dパッケージ: ダイを垂直に積層して実装するパッケージ構造。ダイ間をTSVなどで直接接続することで、高い集積度と高速動作を狙います。
3DIC: 3D Integrated Circuitの略称。複数のダイを積層して一つのICとして機能させる設計手法です。
チップレット: 大きな機能を複数の小さなチップ（ダイ）に分割して組み合わせる設計。インターポーザはチップレット間の接続を担います。
TSV: Through-Silicon Viaの略。ダイを貫通して配線を上下に結ぶ技術で、3D実装の高密度接続を実現します。
アクティブインターポーザ: 配線だけでなく小規模な回路やロジックを持つ、能動的要素を含むインターポーザ。
パッシブインターポーザ: 導体層と絶縁層だけで構成され、信号のルーティング機能を提供する受動的なインターポーザ。
セラミックインターポーザ: セラミック材料を用いたインターポーザ。高熱耐性と機械的耐久性が特徴で、信頼性の高いパッケージに適します。
有機インターポーザ: 有機材料を用いたインターポーザ。コストや加工性に優れるが熱特性は材料次第です。
ダイ間接続: 複数のダイ間を電気的に結ぶ接続技術全般。インターポーザは最も一般的な実装手段です。
配線層: インターポーザ上の導体層のこと。ダイ間の信号をルーティングする役割を担います。
絶縁層: 配線層を覆い、信号間の短絡を防ぐ非導電性の層。エポキシ系やセラミック系などの材料があります。
リードフレーム: 外部端子を形成する金属部材。従来のパッケージ構造でインターポーザと組み合わせて使われることがあります。
BGA: Ball Grid Arrayの略。パッケージの外部接続形状の一つで、基板表面に球状のはんだボールを配置します。
フリップチップボンディング: ダイの接合端子をインターポーザのパッドに裏向きに接合する実装技術。高密度・小ピッチ接続を実現します。
熱設計/熱管理: インターポーザを含むパッケージ全体の放熱設計。熱抵抗や熱伝導を最適化して動作信頼性を確保します。