ニュースレター202506

　2025年6月に調査した最新論文の中で個人的に興味深かった論文を以下に紹介する。

• Metal Additive Micro-Manufacturing to Achieve Enhanced Air-Bridge Geometry for Coplanar Waveguide mm-Wave GaN-on-SiC Integrated Circuits

Arthur Collier, Abdalla Eblabla, Wesley Sampson, Elham Yadollahifarsi, Edgar Hepp, Ricardo Conte, Khaled Elgaid

Centre for High Frequency Engineering, Cardiff University, UK

Exaddon AG, Switzerland

CS MATECH 2025, Paper 3B.3, May 19-22, 2025, New Orleans, Louisiana, USA

Oneline：https://csmantech.org/digests/

要旨：

　この論文では、高出力マイクロ波アプリケーション向けにGaN-on-SiC技術に基づいた新しいキャビティコプレーナ導波路（CCPW）構造が提案されています。CCPW構造は、局所電着金属アディティブマイクロマニュファクチャリング（µAM）プロセスを用いて製造され、50 µmの空中配線高さを実現しました。電磁（EM）シミュレーションにより、CPW上にキャビティを導入することで、ミリ波周波数でのインピーダンス整合が改善され、堅牢なグランドリターンパスが提供されることが明らかになりました。Sパラメータ測定では、CCPWが標準のコプレーナ導波路（CPW）構造と比較して、110 GHzで反射係数において6.5 dBの改善を示すことが示されています。

従来研究との新規性：

　本研究は、従来の製造方法の制約を超える強化された空中配線形状を可能にする、GaN MMICプロセスフローへのµAM製造方法の統合に成功したことを示しています。50µmの高さの空中配線が製造可能になり、これは従来の製造方法では困難でした。新しいCCPW構造は、従来の空中配線と比較して、より優れた整合と低挿入損失を示し、寄生RF効果の軽減が確認されました。これにより、高出力ミリ波およびサブTHz MMICにおける広帯域インピーダンス整合の実現可能性が強調されました。

・X-band InAlGaN/GaN HEMT with High-Power and High-Reliability

Atsushi Yamada, Yoichi Kamada, Yuichi Minoura, Toshihiro Ohki, and Masaru Sato

Fujitsu Limited, Japan

CS MATECH 2025, Paper 4A.1, May 19-22, 2025, New Orleans, Louisiana, USA

Oneline：https://csmantech.org/digests/

要旨：

　本研究では、TCVD SiNパッシベーションを施した高出力・高信頼性の四元系InAlGaN/GaN HEMTを開発しました。このパッシベーション技術は、従来のPECVD SiNパッシベーションと比較して、より低いシート抵抗とより高い電圧動作を可能にします。Xバンドにおいて31.0 W/mmという記録的な出力電力密度を達成し、さらに、TCVD SiNパッシベーションを施したInAlGaN/GaN HEMTが高い信頼性を持つことを実証しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、TCVD SiNパッシベーションを用いることで、高出力かつ高信頼性を同時に実現した四元系InAlGaN/GaN HEMTを初めて実証しました。特に、Xバンドにおいて31.0 W/mmという記録的な出力電力密度を達成し、これはこれまでのXバンドGaNベースHEMTの中で最高値です。また、TCVD SiNパッシベーションがInAlGaN/GaN HEMTの信頼性を向上させることも確認されました。これらの結果は、InAlGaN/GaN HEMTの商用化への道を開くものと期待されます。

・Heterogeneous AiP/SiP for Satcom

Errikos Lourandakis, Paolo Fioravanti, Giannis Kontogiannopoulos, Carl McMahon

Circuits Integrated Hellas IKE, Greece 

CS MATECH 2025, Paper 6A.3, May 19-22, 2025, New Orleans, Louisiana, USA

Oneline：https://csmantech.org/digests/

要旨：

　本論文は、Circuits Integrated Hellas (CIH) が衛星通信 (SatCom) アプリケーション向けに開発した、III-V族化合物半導体と先進的な3Dパッケージングを組み合わせた革新的なソリューションを提示しています。System-in-Package (SiP) と Antenna-in-Package (AiP) の手法を活用することで、フラットパネルフェーズドアレイアンテナの重量、体積、コストを最小限に抑え、現代の宇宙通信インフラにおける重要な課題に対応し、独自の競争優位性を提供します。

従来研究との新規性：

　CIHは、III-V族半導体を3D集積パッケージに先駆的に使用することで、フェーズドアレイアンテナ技術の新しい標準を確立しました。これは、従来のシリコンベースの設計と比較して、大幅な小型化、コスト削減、性能最適化を可能にします。特に、面積が約22%に削減され、コストが40%低減される16x16のIII-V素子構成は、競合ソリューションと比較して画期的な進歩です。また、単一のTSVトランジションで0.1dBの低い挿入損失を達成しています。この技術は、宇宙ベースの通信能力を拡大し、より広範な衛星通信カバレッジとアクセス可能性を推進すると期待されています。

• Quantifying Thermal Benefits of Metal Embedded Chip Assembly as a Heterogeneous Integration Approach

Judit Beagle, Kay DeVore, Juan Pastrana, José Figueroa, Gerardo Morales, Luis Colón-Santiago, Fahima Ouchen, Eric Kreit, & David Torres Reyes

Air Force Research Laboratory, Sensors Directorate, USA SOCHE, USA Michigan State University, USA KBR Inc., USA

CS MATECH 2025, Paper 6A.4, May 19-22, 2025, New Orleans, Louisiana, USA

Oneline：https://csmantech.org/digests/

要旨：

　本論文は、マルチチップアセンブリにおけるヘテロジニアス集積（HI）技術の熱的利点について述べています。金属埋め込みチップアセンブリ（MECA）プロセスを単一の熱試験チップに適用し、埋め込み銅ヒートシンクの熱的利点を評価しました。測定は熱試験チップ上のダイオードと、赤外線カメラで記録された熱画像から行われました。COMSOLを用いたシミュレーションは実験結果と一致しました。

従来研究との新規性 

　本研究は、MECAプロセスが提供する熱的利点を定量的に評価した点で新規性があります。従来のMECAに関する研究では、出力電力の改善を通じて間接的に熱的利点が示されていましたが、本研究では市販の熱試験チップと赤外線カメラ、ダイオードを用いた直接的な温度測定とCOMSOLシミュレーションにより、MECAの熱管理能力を具体的に数値化しました。これにより、MECAが裸のダイと比較してデバイスの温度を大幅に低下させ、熱抵抗を半減させることを明確に示しました。特に、大規模な熱管理ソリューションなしで約63.9℃の温度改善を達成した点は、MECAの優れた熱性能を強調しています。 

• Direct Transfer Bonding Technology Enabling 50-nm Scale Accuracy for Die-to-Wafer 3D/Heterogeneous Integration

Ichiro Sano, Masanori Yamagishi, Ryoya Kitazawa, Shinya Takyu, Takafumi Fukushima, Tomoka Kirihata, Yoichiro Kurita 

TAZMO CO.,LTD., Okayama, Japan 

LINTEC Corporation, Saitama, Japan & Tokyo, Japan 

ULVAC CO.,LTD., Kanagawa, Japan 

Tohoku University, Sendai, Japan 

Institute of Science Tokyo, Kanagawa, Japan 

2025 IEEE 75th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Dallas, TX, USA, 2025, pp. 308-312

DOI: https://doi.org/10.1109/ECTC51687.2025.00058

要旨：

　ダイレクトトランスファーボンディング（DTB）は、従来の直接/ハイブリッドボンディング（DB/HB）法の限界を克服する、ダイ-ウェハボンディング向けの有望な技術です。本論文では、キャリアテープから直接、ダイ表面に触れることなく、薄いダイを高精度にアライメントおよびボンディングするDTB技術の進歩を詳述しています 。この技術は、チップレベルでのハンドリングが不要なため、汚染や損傷を低減します。主要な技術革新は、特別に設計された赤外線透過性キャリアテープを介してアライメントマークを認識する高精度アライメント技術です 。このシステムは、50nmスケールのダイ/ウェハアライメント精度を達成しました 。

従来研究との新規性：

　本研究は、ダイ-ウェハボンディングにおいて50nmスケールの高精度を達成した点で、従来のDTB技術の限界を大きく超えています 。特に、赤外線透過性キャリアテープを介したアライメントマークの直接認識技術と、ボンディング直前のアライメントは、熱膨張や機械的ずれの影響を最小限に抑え、高精度ボンディングを実現する画期的なアプローチです 。また、従来のCVD法では不可能だったSiCN膜の組成比制御をスパッタリングによって可能にした点も新規性があり、超微細ピッチハイブリッドボンディング相互接続におけるCu拡散防止用絶縁体としてのSiCN膜の可能性を広げます 。

• Integration of D-Band 140 GHz III-V Components Transceiver in Embedding PCB-Based Technology

Tekfouy Lim, Stefan Kosmider, Kavin Senthil Murugesan, Thi Huyen Le, Marius van Dijk, Johannes Jaeschke, Ivan Ndip, Ulrike Ganesh 

Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, Berlin, Germany 

2025 IEEE 75th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Dallas, TX, USA, 2025, pp. 1436-1440

DOI: https://doi.org/10.1109/ECTC51687.2025.00246

要旨：

　本論文は、標準的なSiベースCMOS技術と比較して、出力電力の点でRF性能を大幅に向上させるIII-V族半導体デバイスの組み込みPCB技術について紹介しています。この技術は、薄い上層の金接点が標準的なバンプ形成技術の使用を妨げるという課題に対処し、異なる高さのICを革新的なキャビティ形成によって密に統合します。また、薄い金パッドをエアブリッジの完全性を損なうことなく接続するバックエンド設計、熱放散、DバンドでのRF性能評価についても触れており、高周波アプリケーションにおけるこの技術の有効性を強調しています。 

従来研究との新規性：

　本研究は、Dバンド140GHzトランシーバー向けのIII-V族コンポーネントを、組み込みPCBベース技術で統合することに成功した点で新規性があります 。特に、異なる高さのICを統合するための革新的なキャビティ作成技術、薄い金パッドをエアブリッジの完全性を損なうことなく接続するバックエンド設計、そしてGaNパワーアンプの高い熱発生に対応する熱管理ソリューションの評価は、この技術のユニークな貢献です。これらの課題を克服することで、本技術はDバンドにおけるコンパクトで高性能な通信システムの開発に貢献し、将来のワイヤレス通信システムにおける組み込みPCB技術の可能性を示しています。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。