ニュースレター202511

　2025年11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。

• Additive Integration of a Bare Die High-Power Microwave Amplifier Using 3-D Printed Interconnects

Christopher Areias, Andrew Luce, Elicia Harper, Yiwen Zhang, and Alkim Akyurtlu

Department of Electrical and Computer Engineering, University of Massachusetts Lowell, （USA）

Raytheon Technologies（USA）

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 73, no. 10, pp. 7177-7187, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TMTT.2025.3563113

[要旨]

　アエロゾル・ジェット・プリンティング（AJP）を用いて形成された3Dプリント相互接続（インターコネクト）の、高出力RF（高周波）およびマイクロ波アプリケーションでの性能と信頼性を検証した。予備的な材料試験（DC/RF高出力試験）の後、19WのGaN HPA（高出力アンプ）のベアダイ（むき出しのチップ）を、AJP導体と新しいエアギャップAJP誘電体フィレットを用いて積層（アディティブ）統合した。この統合HPAは、従来のワイヤーボンドと同等の優れたRF性能と、約19Wのピーク出力電力を示し、従来の報告を大幅に上回る結果となった。

[従来研究との新規性]

• AJP相互接続をベアダイMMICに適用した際の最高出力電力を、従来の4Wから約19Wへと大幅に更新した。

• 高出力アプリケーション向けに、AJPを用いた銀ナノ粒子導体のDCおよびパルスRF高出力信頼性を、アクティブデバイスの影響から隔離して初めて厳密に調査した。

• AJP誘電体フィレットをUVインサイチュ硬化によって作製するエアギャップ構造のプロセスを開発し、その実用性を高出力HPAの統合で初めて実証した。

• Experimental Characterization of the MOSFET Fano Factor at Cryogenic Temperatures for Accurate Cryo-CMOS RF Modeling

Sayan Das, Sanjay Raman, and Joseph C. Bardin

Department of Electrical and Computer Engineering, University of Massachusetts Amherst（USA）

Google Inc.（USA）

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 73, no. 10, pp. 7164-7176, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TMTT.2025.3578317

[要旨]

　MOSFET（電界効果トランジスタの一種）のチャネルノイズは、極低温（クライオジェニック温度）まで、ファノ因子（F）と呼ばれる単一のフィッティングパラメータを含む抑制されたショットノイズモデルで記述できるという仮説を実験的に検証した。22 nm FDSOI、45 nm PDSOI、65 nm バルクCMOSのトランジスタを用いて、室温と8KでFを抽出し、Fが温度に依存しないことを確認した。

[従来研究との新規性]

• 複数の研究者によって理論的に予測されていたMOSFETのファノ因子が極低温まで温度に依存しないという仮説を、初めて慎重に構築された実験によって実証するデータを提供した。

• これにより、極低温でのMOSFETノイズモデルの構築が、室温でのFの抽出のみで可能となり、クライオCMOS LNAの設計プロセスが大幅に簡素化された。

• Advancing Fan-Out Wafer-Level Packaging for III-V/CMOS Optoelectronic Transceiver SiP Integration

Perceval Coudrain, Raphaël Eleouet, Rémi Vélard, Laetitia Castagné, Emmeline Tomas, Nadia Miloud-Ali, Arnaud Garnier, Rémi Franiatte, Thierry Mourier

Univ. Grenoble Alpes, CEA, Leti (France)

2025 25th European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), Grenoble, France, 2025, pp. 1-8

DOI：https://doi.org/10.23919/EMPC63132.2025.11222511

[要旨]

　チップ・ファースト（Die-first）FOWLPプロセスを開発し、CMOSチップとIII-V族オプトエレクトロニクスチップ（VCSELやフォトダイオード）を光トランシーバーSiP（システム・イン・パッケージ）に統合する実現可能性を実証した。200 mmウェーハプラットフォーム上で、局所的な処理ウィンドウやフィルムラミネーションモールディングなどの手法を組み込み、平坦な埋め込みと反り制御を実現した。市販のダイ（FOWLP向けに設計されていない）を使用して500個以上の機能的なSiPを製造し、この高密度光統合アプローチの実現可能性を示した。

[従来研究との新規性]

• CMOSとIII-V族オプトエレクトロニクス部品をチップ・ファーストFOWLPに共統合する完全なプロセスフローを開発し、200 mmプラットフォームでその実現可能性を実証した。

• 4つのアクティブダイ（2つのCMOSチップとVCSELおよびフォトダイオード）を統合したデュアルRX+TX光トランシーバーSiPを製造し、この統合レベルでは初めての成果である。

• 市販のダイ（FOWLP用に非設計）をFOWLPに統合した際のダイの傾きが、前面のトポグラフィに強く影響されることを詳細な特性評価によって特定し、その重要性を強調した。

• Heterogeneous integration and wafer-level packaging by Micro-Transfer-Printing

Sebastian Wicht, Tino Jäger, Sandra Gozdzik, Kavana Mandy Sreenivasa Setty

X-FAB MEMS Foundry GmbH（Germany）

2025 25th European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), Grenoble, France, 2025, pp. 1-5

DOI：https://doi.org/10.23919/EMPC63132.2025.11222436

[要旨]

　近年、性能と効率の要求が高まる中で、ヘテロジニアス集積（異なる材料や機能を持つ部品の統合）とシステム・イン・パッケージ（SiP）への需要が増加している。X-FABは、マイクロトランスファープリンティング（MTP）という革新的なウェーハレベル統合技術を導入し、継続的に開発している。本稿では、特にSOIベースのCMOSウェーハのプリント準備プロセスと、III-V族半導体部品のCMOSおよびフォトニクスウェーハへのウェーハレベル統合に関するX-FABでの成果を紹介する。

[従来研究との新規性]

• X-FABは、世界で初めて、純粋なファウンドリとしてMEMS製造環境内にマイクロトランスファープリンティング（MTP）のパイロットラインを確立し、ウェーハレベルでのヘテロジニアス集積を提供している。

• これは、CMOS、フォトニクス、ガラスウェーハなど、様々なターゲットウェーハへの統合を可能にする、既存のCMOS製造環境への汎用性の高い新しいウェーハレベル統合技術の産業化に向けた大きな一歩である。

• Thermal analysis of a 5G telecom demonstrator in FO-WLP SiP with Integrated GaN Power Amplifier and GaAs Low Noise Amplifier

Anass Jakani, Mohamed Bouslama, Benoit Lambert, Gildas Gauthier, Jean-Claude Jacquet, Vincent Bortolussi, Raphael Sommet

III-V Lab (France)、UMS S.A.S (France)、XLIM University of Limoges (France)

2025 31st International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), Naples, Italy, 2025, pp. 1-5

DOI：https://doi.org/10.1109/THERMINIC65879.2025.11216891

[要旨]

　5G通信システム向けに、ファンアウト・ウェーハレベル・パッケージング（FO-WLP）技術を用いたシステム・イン・パッケージ（SiP）デモンストレーターの熱特性を調査した。このSiPは、GaN（窒化ガリウム）パワーアンプ（PA）とGaAs（ガリウムヒ素）低ノイズアンプ（LNA）という、発熱量が大きく異なる二つの高性能半導体チップを統合している。有限差分時間領域（FDTD）シミュレーションと実験的な非接触熱測定（サーモリフレクタンス法）を組み合わせて熱挙動を解析し、統合チップ間の熱的相互作用を評価した。

[従来研究との新規性]

• GaN PAとGaAs LNAという異なる特性を持つデバイスをFO-WLP SiPに統合した5Gデモンストレーターを対象に、シミュレーションと非接触熱測定（サーモリフレクタンス法）を組み合わせた詳細な熱解析を行った初の研究である。

• 統合されたチップ間（PAとLNA）の熱的クロストークを定量的に評価し、FO-WLP技術が高性能RF SiPの熱管理において有効であることを実証した。

• Thermal management investigation of a V-band GaN amplifier embedded into an advanced package

Mohamed Bouslama, Stéphane Piotrowicz, Quentin Lévesque, Anass Jakani, Louiza Hamidouche, Gildas Gauthier, Jean-Claude Jacquet, Benoit Lambert

III-V Lab (France)、UMS (France)

2025 31st International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), Naples, Italy, 2025, pp. 1-6

DOI：https://doi.org/10.1109/THERMINIC65879.2025.11216923

[要旨]

　Vバンド（55-71 GHz）で動作するGaN（窒化ガリウム）アンプをFan Out Wafer Level Packaging (FO-WLP)という先進パッケージング手法に組み込んだ際の熱管理の影響を調査した。赤外線熱測定と3D熱シミュレーションを用いて解析を行い、初期のRF測定結果（Sパラメータ）で見られたシミュレーションとのゲインの不一致が熱効果、特にパッケージ内の劣悪な熱接触に起因することを発見した。

[従来研究との新規性]

• FO-WLP技術を用いたVバンドGaNアンプのパッケージングにおいて、RF性能（ゲイン）のシミュレーションと測定の不一致を、赤外線熱測定と詳細な3D熱シミュレーションによって調査し、その原因がPCBとキャリア間の劣悪な熱接触にあることを特定した。

• 熱境界層抵抗（TBR）を導入して熱モデルを調整し、非線形電熱GaNトランジスタモデルを修正することで、RFゲインの予測精度を劇的に改善できることを実証した。

• Enabling Reliable and Efficient Automotive Radar Systems by Investigating FO-WLP/eWLB Packaging for 77-GHz MMICS With Top-Side Cooling

Walter Hartner, Simon Kornprobst, Mathias Zinnoecker, Martin Niessner, Markus Fink, Franz-Peter Kalz, and Peter Lutz

Infineon Technologies AG, Infineon Technologies Austria AG（Germany）

IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 15, no. 11, pp. 2521-2530, Nov. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TCPMT.2025.3609236

[要旨]

　車載レーダーシステム向けのFO-WLP/eWLBパッケージングについて、トップサイド冷却（TSC）による熱管理を調査した。熱シミュレーションにより、薄く高熱伝導性のTIM（熱界面材料）で熱抵抗を最大75%削減できることを示した。熱機械シミュレーションと TCoB（基板上の温度サイクル）試験により、TSCによる過度な力がはんだボールの寿命を低下させ、ブリッジ（短絡）を引き起こすリスクがあることを特定した。RF測定に基づき、TSCに金属部品を用いる場合は、高損失なTIMの使用がRF性能の劣化を防ぐために推奨される。

[従来研究との新規性]

• 車載レーダー用77 GHz FO-WLP/eWLB MMICにTSCを適用する際の熱、熱機械、RF性能の3つの側面を総合的に調査した。

• TIM圧縮による永続的な力がはんだボールの寿命に与える影響をシミュレーションと実験（TCoB）で定量的に評価し、安全なトップサイド力の閾値を特定した。

• TSCに高損失なTIMを用いることで、金属部品によるRFアイソレーションの劣化を防ぎ、改善できることを初めて示し、材料選択の重要な設計指針を提供した。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。