Японские инженеры создали 3D-аналоговые чипы нового поколения

Несмотря на доминирование цифровых технологий, аналоговые интегральные схемы (IC) продолжают занимать важную нишу на рынке полупроводников. Ожидается, что в этом году доходы в этом сегменте достигнут 85 млрд долларов, что соответствует годовому росту в 10% . В основе спроса лежит развитие искусственного интеллекта, Интернета вещей и автономных транспортных систем, которым нужны аналоговые IC для управления питанием и обработки сигналов окружающей среды.

Японские компании OKI Electric Industry и Nisshinbo Micro Devices разработали новый тип аналоговых микросхем — тонкопленочные 3D IC. Их можно размещать вертикально, что упрощает миниатюризацию электроники и позволяет интегрировать больше функций на меньшей площади. Технология снижает затраты и повышает производительность устройств.

Ключевая инновация — метод кристаллического послойного соединения (CFB) от OKI. Он позволяет отделять рабочий слой IC от подложки и соединять его с другими слоями при помощи межмолекулярного сцепления, исключая сложные процессы, как TSV (вертикальное соединение через кремний). В результате толщина отдельных чипов в стековых сборках уменьшается до 5–10 микрометров, а для соединения слоев можно применять стандартные литографические процессы.

Однако уменьшенная толщина порождает новые вызовы — например, перекрестные помехи между слоями, ухудшающие качество сигналов. Nisshinbo предложила технологию экранирования критических областей при помощи алюминия. Она минимизирует паразитную емкость, возникающую при высоком напряжении в аналоговых схемах, не затрагивая работу всей микросхемы.

Кроме того, стековые аналоговые микросхемы можно сочетать с цифровыми, создавая чиплеты — модульные компоненты, из которых формируются сложные полупроводниковые системы. В отличие от монолитных решений, чиплеты позволяют распределить задачи по разным микросхемам, снизить стоимость и повысить производственные показатели.

Специалисты отмечают, что новая технология может столкнуться с трудностями на этапе массового производства. Главная угроза — дефекты, возникающие при истончении пластин, что может снижать надежность конечного продукта. Однако в OKI и Nisshinbo уверены, что смогут справиться с этими проблемами.

Компании уже разрабатывают коммерческие продукты на основе 3D-IC и планируют начать массовое производство в 2026 году. Они рассчитывают, что их технологии сыграют важную роль в развитии гетерогенной интеграции цифровых, аналоговых и оптических чипов, открывая новые возможности для микроэлектроники.