理由はシンプル。

・微細化（ムーアの法則）が限界に近づいた

・配線遅延・電力・発熱が性能を制約

・チップ単体では限界を突破できない

→ つなぎ方・冷やし方・運び方 が勝負。

● TSVによる垂直積層

3Dパッケージでは、

・ロジック × ロジック

・ロジック × メモリ

・メモリ × メモリ　を 垂直方向に直接接続 する。

利点：

・配線最短

・レイテンシ最小

・帯域最大化

課題：

・放熱

・信頼性

・歩留まり

→ 実用化は段階的に進行。

 

● ハイブリッドボンディング

はんだを使わず、

・Cu-Cu

・絶縁膜同士　を直接接合。

特徴：

・ピッチ数µm以下

・抵抗・遅延が極小

・3D積層の鍵技術

電気配線の限界を超えるため、光でデータを運ぶ 技術が本格化。

● なぜ光I/Oが必要か

・電気配線は距離が伸びると損失増大

・消費電力が急増

・高速化が頭打ち

光I/Oは：

・超高速

・低消費電力

・長距離　を同時に実現。

 

● Co-packaged Optics（CPO）

・光エンジンをパッケージ内に内蔵

・スイッチ・AIチップと直結

データセンター用途で急速に研究・実装が進む。

AIチップの消費電力はすでに空冷の限界を突破。

進化方向：

・ダイ直下冷却

・マイクロチャネル

・冷却液循環型パッケージ

特徴：

・冷却性能が桁違い

・温度ムラ抑制

課題：

・漏れリスク

・信頼性評価

・製造・保守コスト

将来のパッケージでは、

・電源供給

・冷却

・光I/O　を 別物として扱えない。

必要なのは：

・電気 × 熱 × 光 × 機械

・完全なCo-design

パッケージは小さなデータセンターになる。

先端パッケージでは：

・ファウンドリが後工程まで内製化

・OSATが高付加価値領域に集中

競争軸が変化。

今後は：

・技術連携できる企業

・システム理解を持つ企業　が生き残る。

日本が強みを持つ分野：

・材料（樹脂・基板・接着）

・精密加工

・信頼性評価

・装置技術

3D・光・液冷は材料×信頼性の世界。

日本企業が再び存在感を出せる領域（になって欲しい）。

・微細化の次は立体化・統合化

・3D積層とハイブリッドボンディングが鍵

・光I/Oは電気配線の限界を超える

・液冷はAI時代の必須技術

・パッケージは「システムそのもの」になる

１．なぜ今後は3Dパッケージが重要になるのか？

２．光I/Oが必要とされる最大の理由は何か？

３．液冷パッケージで最も大きな課題は何か？

 

 

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。