일본산업뉴스요약

테크노 포커스
FICT, 박막 컨덴서 내장 기판 개발
CPU의 고속화에 공헌

후지쓰그룹에서 프린트 배선기판을 제조하는 후지쓰 인터커넥트 테크놀로지즈 (FICT, 나가노 시)는 반도체의 패키지 기판에 전기를 축적하는 박막 컨덴서(커패시터)를 내장하는 기술을 개발하였다. 후지쓰가 4월에 발매한 고성능 서버의 CPU에 처음으로 채용하였다. CPU의 오동작을 초래하는 전원 노이즈를 줄여, 최대 동작 주파수를 높였다.

후지쓰가 4월에「세계 최속 서버」라며 발매한「SPARC M12」는, 동작 주파수가 최대 4.25기가헤르츠(기가는 10억)로 고속 CPU를 탑재한다. 실리콘 칩과 패키지 기판의 접속은 약 3만 단자, 패키지 기판과 서버의 프린트 기판의 접속은 3,500단자 이상으로,「초」자가 붙을 정도로 대규모 반도체다.

그 CPU로「최대 동작 주파수를 10% 높이는 효과가 있었다」라고 후지쓰가 평가한 것이 FICT의 박막 컨덴서 내장 기술이었다.

CPU 주변에는 다양한 종류의 컨덴서가 배치되어 있다. 동작전압을 조정하여 회로의 오동작으로 이어지는 변동을 억제하는 역할이 있다. 전압을 원활하게 하기 위해, 실리콘 칩 내부에 형성한 콘덴서나, 패키지나 프린트 기판에 올린 칩 형태의 콘덴서 등을 사용한다.

CPU제조기업은 처리성능을 높이면서 소비전력을 줄이기 위해 동작전압을 낮춰왔다. 이에 따라 허용할 수 있는 전압 변동의 폭이 작아지고 있다. 또한 처리 부하에 따라서 동작 주파수를 변동시키는 구조도 일반적이 되었다. 동작 주파수를 바꿨을 때의 전류의 변동에 따른 전압 변동을 최소한으로 억제할 필요가 있다.

박막 콘덴서의 두께는 약 35마이크로미터(마이크로는 100만 분의 1)로, 정전 용량은 1㎠ 당 최대 1마이크로패러드로 크다. 후지쓰의 서버용 CPU의 경우는 박막 콘덴서를 2장 사용하여, 총 19마이크로패러드 이상으로 하였다. 기판이 약 70마이크로미터 두꺼워진 것만으로, 높이 0.5mm의 칩 형태 콘덴서를 패키지 기판에 20개 정도 올리는 것과 같은 용량을 확보하였다.

박막 콘덴서를 패키지 기판에 내장하는 것의 최대 이점은 실리콘 칩과 콘덴서 사이의 거리를 짧게 할 수 있다는 점이다. 콘덴서까지의 배선이 길수록 전자유도가 쉽게 발생하게 되고, 높은 주파수의 노이즈 억제 효과가 작아진다.

칩 형태의 콘덴서를 내장 박막 콘덴서로 대체하면 10메가헤르츠(메가는 100만) 정도보다 높은 주파수의 전원 노이즈를 대폭으로 삭감할 수 있다고 한다. 이것이 후지쓰의 CPU의 동작 주파수 향상에 공헌하였다.

박막 콘덴서를 패키지 기판에 내장하는 기술은 소니 세미컨덕터 솔루션(가나가와 현)의 협력을 얻어 개발하였다. 깨지기 쉬운 박막 콘덴서를 기판에 붙여서, 에칭으로 모양을 만든다. 칩 형태와 비교하여 다수의 단자에 콘덴서를 접속할 수 있는 것도 이점이다. 박막 콘덴서는 티탄산바륨 막에 니켈이나 동(銅)막을 겹친 것이다. TDK가 공급한다.

5월에는 박막 콘덴서의 단위면적 당의 정전 용량을 2배로 하여, 기재(基材)를 사용하지 않는 슬림형 기판에 내장한 샘플 제공을 시작하였다. FICT는 후지쓰는 물론, 고성능 CPU제조기업 등에 판매할 계획이다. 컴퓨터나 스마트폰 등의 CPU에 대한 응용도 시야에 넣고 있지만, 문제는 비용이다.

비즈니스개발총괄부의 이지마(飯島) 프로젝트 부장은「민생기기용 CPU에 응용하기 위해서는 비용을 한 자릿수 낮출 필요가 있다」라고 말하며, 용도 개척과 양산 효과를 추구한다.

●반도체의 주변기술
신뢰성 향상, 일본기업에 경쟁력

반도체에 형성되는 트랜지스터를 미세하게 할수록 동작 주파수가 향상되어 비용도 소비전력도 낮아지는 시대는 2005년 무렵에 막을 내렸다. 반도체제조업체는 전력의 이용효율을 중시하여 설계하게 되었다. 전력의 낭비를 극한까지 줄인 결과, 고성능 CPU는 전압의 변동에 예민하게 되었다.

박막 콘덴서 내장 기술은 일본의 제조업체의 전자부품제조나 기판설치 기술을 조합하여 실현한 것이다.

반도체 그 자체는 미국 인텔 등 해외기업이 패권을 쥐고 있지만, 그 반도체를 이용할 때의 신뢰성을 높이는 부분에서는 일본의 전자부품기업에게도 경쟁력이 있는 것 같다.

  -- 끝 --