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次世代AI・エッジ計算基盤を支える三次元ヘテロ集積技術（チップレット集積技術）と、生体適応型フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス（FHE）の創成
- 概要
次世代半導体の性能向上を牽引する三次元積層（3D-IC）およびチップレット集積技術の世界的リーダーとして、当研究室は20年以上にわたりChip-to-Wafer型三次元集積の研究を先導してきました。液滴の表面張力を利用した「自己組織化実装」をはじめとする独自技術を駆使し、位置精度とスループットのトレードオフという難題の解決にも挑み、超高速・低消費電力AIチップシステムの実現に貢献しています。
さらに、シリコンチップを微小化して柔軟基板に埋め込む「ダイレット」技術を展開し、曲面への高性能デバイス実装を可能とするプラットフォームを確立しました。これにより、腕に自然にフィットするウェアラブルシステム、血管可視化シート、さらには水を主成分とするハイドロゲルにチップや微細配線を集積化する低出力光治療デバイスなど、フレキシブルデバイスの集積化や応用研究にも大きく貢献しています。
基礎研究からGINTIを活用した社会実装まで、一貫した技術開発を推進し、半導体集積技術の新たな可能性を切り拓いています。- 従来技術との比較
従来の平面実装に対し、チップを垂直積層（3D-IC）することで配線長を短縮し、信号伝送能力とエネルギー効率を劇的に向上させます。また、自己組織化により数万個の微小チップを超高速・高精度に一括配置可能です。
- 特徴・独自性
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IEDM2005で世界初のChip-to-Wafer3D積層を実証し、以降もIEDMで成果を発信して産業応用を牽引してきました。液滴の表面張力を用いた自己組織化によりナノ精度と高スループットを両立し、柔軟基板に追従するダイレット技術や既存ICを活用したダイレベル3D-ICも確立。さらにGINTIとベンチャー連携により高速試作と社会実装を推進しています。
- 実用化イメージ
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HPC、エッジAI、医療機器等への応用を想定。新材料・プロセスを共創する材料・装置メーカーや、革新的な構造を検討する設計・ファブレス企業との連携を期待します。
- キーワード
研究者
大学院医工学研究科
福島 誉史 教授
博士（工学）（横浜国立大学）／修士（工学）（横浜国立大学）
Takafumi Fukushima, Professor
世界に先駆けて3D-ICにおける「Chip-to-Wafer」積層技術を実証した先駆性に加え、300 mmウエハ対応の試作拠点GINTIを活用した高度なプロセスインテグレーション能力を有している点が、当研究室の大きな強みです。マイクロ・ナノ加工学と半導体パッケージング工学を基盤に、個々の要素技術にとどまらず、設計・材料・加工・計測・放熱といった多領域を統合的に捉え、半導体システムの高性能化・多機能化を実現する「ホリスティック集積工学」の体系化を推進しています。これらの包括的な研究アプローチを背景に、国内外の材料メーカー、装置メーカー、デバイスメーカーとの広範な共同研究実績を積み重ね、産学連携による先端後工程技術の発展にも継続的に貢献しています。
