インターポーザ【interposer】中間基板

インターポーザとは？

半導体チップと基板の間に挟む中間層のこと。端子の間隔や電気的特性が異なる部品同士を仲介し、信号のやり取りを可能にする。

現代の半導体チップは端子の間隔が極めて狭く、数千もの接続点が密集している。一方、チップを取り付けるプリント基板は加工精度の制約から端子の間隔が広く、チップを直接接続することは製造上の難しさや熱膨張による歪みの問題から困難である。インターポーザはその中間の密度を持ち、配線の細かさを段階的に変化させることで確実な接続を実現する。内部には微細な配線と、層をまたいで信号を通す「ビア」（via：導通孔）が形成されている。

素材には高純度シリコン、ガラス、有機材料（合成樹脂系）が使われる。シリコン製は半導体と同じ微細加工技術を使えるため高密度配線に適しており、チップと熱膨張率が近いため接続部への物理的ストレスも小さい。ガラス製は絶縁性が高く高周波信号の損失が少ない。有機材料製はコストを抑えやすいが、微細化には限界がある。用途と求められる性能に応じて適切な材料が選ばれる。

近年では、「チップレット」（chiplet）と呼ばれる設計手法の普及に伴い、インターポーザの活用も広がっている。CPUやメモリなど異なるチップを一枚のインターポーザ上に横並びに配置し、内部の微細配線で高速接続する構成は「2.5次元実装」と呼ばれる。チップ間の距離を短く保てるため、消費電力や信号遅延の低減につながる。また、異なる製造プロセスで作られたチップを別々に製造したうえで後から統合できるため、製造歩留まりや設計の自由度も確保しやすい。

インターポーザには、シリコンを縦方向に貫通する導電体を充填したTSV（Through Silicon Via：シリコン貫通電極）が設けられることもある。これにより、平面方向だけでなく垂直方向にも信号を最短距離で伝えられ、チップを上下に積み重ねる「3次元実装」（3D実装）にも対応できる。GPUと高帯域幅メモリ（HBM：High Bandwidth Memory）を組み合わせたAIプロセッサなど、大量のデータを高速処理する製品でこの構造が採用されている。