フリップチップハイブリッド実装向けウェーハレベルインジウムバンプ製造
株式会社ナノシステムズJPでは、お客様のウェーハにインジウムバンプを製造します（真空蒸着リフトオフまたは電解めっき）お客様の施設または指定の組立サイトでのハイブリッド実装（または同じプログラム内での実装）に向けたバンプ済みウェーハを納品します。インジウムは、低温コンプライアンス・低プロセス温度・転移温度以下の超伝導という、極低温・IRハイブリダイゼーションに特に価値ある3つの特性を兼ね備えます。
極低温での延性
多くの一般的なはんだは極低温でコンプライアンスを失いますが、インジウムは高い延性を保ちます。インジウムはミリケルビンまで軟らかく延性を保つため、検出器材料（HgCdTe・InSb・InGaAs）とシリコン読み出し回路の熱膨張係数（CTE）差を冷却サイクルごとに吸収します。この機械的コンプライアンスが、冷却型焦点面アレイでインジウムが標準インターコネクトである理由です。硬いはんだでは数回の熱サイクルでアレイが割れたり剥離したりします。
最低温度ボンディング：常温圧接も可能
インジウムの融点は156.6°Cと一般的なSnAg・AuSnより大幅に低く、十分に清浄で酸化を管理した表面と適切な加圧があれば、常温圧接（コールドウェルド）も可能です。温度に敏感な材料、II-VI族検出器層・リリース済みMEMS・量子ビット回路、はSnAgやAuSnが必要とする220〜280°Cの熱履歴に一切さらされません。ボンディングモード：低温リフロー・熱圧着・常温圧接。
3.4 K以下で超伝導
インジウムは3.4 Kで超伝導になります。希釈冷凍機の中で、インジウムバンプインターコネクトは量子ビットダイとインターポーザまたはキャリア間の信号をDC抵抗ゼロ・マイクロ波損失最小で伝送します。インジウムバンプフリップチップが超伝導量子プロセッサの標準アーキテクチャである理由の1つです。1 K以下で動作するTES・MKID・SNSPD読み出し実装にも同じ特性が活きます。
真空蒸着と電解めっき：アプリケーションに合わせて選択
両ルートとも純インジウムを成膜しますが、異なる物理プロセスを使用することでピッチ・バンプ高さ・スループットのトレードオフが異なります。アレイ形状・基板・ボンディング方式に基づいてエンジニアが最適ルートをご提案します。
真空蒸着 + リフトオフ
リフトオフレジストプロファイルでパターニングしたウェーハにインジウムを真空蒸着。レジストを溶剤で溶解すると、リソグラフィで定義した開口部にのみインジウムバンプが残ります。インジウムのウェットエッチングは一切不要。バンプ形状はレジスト開口部で決まるため、最も微細なピッチ・最も高い位置精度・最良の高さ均一性を実現します。10〜30µmピッチのFPAハイブリッド実装と量子プロセッサ用バンプアレイの標準ルートです。リフトオフ後、バンプは蒸着ままの高さ・形状で出荷し、熱圧着・常温圧接・お客様の接合工程にそのまま使えます。
インジウム電解めっき
スパッタシード層の上にフォトレジストモールドを通してインジウムを電解めっき。めっき後にレジストを除去し、シード層をエッチングして独立したインジウムバンプを形成します。めっきは蒸着よりはるかに速く、大幅に背の高いバンプを作れるため、アンダーフィル流動・熱コンプライアンス・非平坦ダイのための大きなスタンドオフ高さが必要な実装に適します。大ピッチアレイ・X線検出器ハイブリッド・量産の選択肢です。
1つのバンププロセス：3つのボンディング方式
バンプ製造は当社、ハイブリッド実装はお客様の施設または指定の組立サイトで、あるいは同じプログラム内のフリップチップ実装サービスで行えます。同じバンプ済みウェーハから3つのボンディングモードが選択でき、使用するモードに合わせてバンプ形状と表面状態を調整して出荷します。
溶融インジウムがUBMを濡らし、ダイをセルフセンタリング。低温リフローが可能で、CMOSやIII-V族ダイに優しいプロセスです。
加熱と加圧で延性のあるバンプを溶融させずに変形接合。はんだ流動が許されないFPAハイブリッド実装の標準方式です。
清浄なインジウム表面同士は加圧のみで接合します。熱履歴を一切許容しない量子ビット回路やダイに選ばれるモードです。
蒸着ままの高さ・フラットトップで出荷します。球状化が必要な場合は、お客様の接合工程の溶融で形成されます。
- 純度99.99%（4N）インジウム標準、より高純度はリクエストで対応
- 防湿封入出荷：酸化膜タイムアウトガイダンス文書付き
- 合意した検査計画に基づきプロファイロメトリー高さマップを添付
- 出荷前SEM形状確認が標準
- バンプシア試験はリクエストで対応
- UBM（Ti/Ni/Au・Cr/Au・TiW/Au）をフロー内で成膜
- ボンディングモード別の接合面前処理ガイダンスを提供
- 1枚から対応：確立したベースラインレシピで継続製造
インジウムファミリーは純金属だけではありません。これらの合金はインジウムと同様に蒸着・リフトオフで形成でき（めっきによる形成は合金ごとに個別評価）、それぞれ固有の融点または超伝導特性で選ばれます、139°CのBi58Sn42から超伝導PbInまで。下のインジウムRFQからお見積もりください。
PbIn：超伝導接合
In50Pb50（固相線 約184°C・液相線 約209°C）などの鉛インジウム合金は、ジョセフソン素子時代からの超伝導ヘリテージを持ち、転移温度は約7 K、機械特性は純Inと純Pbの中間です。純インジウムより強度または融点の高い超伝導接合が指定される場合に使用されます。
InSn：118°C共晶
In52Sn48は118°Cの共晶で、純インジウム（157°C）やSnAgより低いリフロー温度が必要な実装向けの選択肢です。接合は極低温でもコンプライアントなままで、低温フォトニクス・温度制約センサー・純インジウムの下のステップはんだ階層に対応します。
InAg：強化インジウム
143°CのIn-3Ag共晶は、銀の固溶強化をインジウムの延性に加え、融点を157°C未満・極低温コンプライアンスをそのままに、クリープ耐性と接合強度を改善します。純インジウム接合が機械的に限界の場合の選択肢です。
Sn & BiSn：最下段の選択肢
同じリフトオフフロー上の、標準はんだ互換のための純蒸着スズ。そして139°C共晶のBi58Sn42は、157°Cすら熱すぎる接合のために：ポリマーを含むMEMS、温度に脆弱な光学部品、もう一度のフルリフローに耐えられない実装済みスタック。特殊ケースには純Bi（271°C）も対応します。
超伝導量子ビット・検出器フローは、インジウムバンプと超伝導薄膜を組み合わせます。そして両者は同じ蒸着装置、同じリフトオフ規律の上にあります。当社はバンプと並べて薄膜を成膜・パターニングします。1つのプログラム、1つのモジュールで。
薄膜・パッド・共振器メタル
極低温回路のためにリフトオフでパターニングした蒸着ニオブ・アルミニウム・Ti/Au：共振器・グラウンドプレーン・配線層、そしてインジウムバンプが着地するパッド。当社コンタクトスタックと同じ界面規律（1回の真空引き・その場クリーニング）で成膜し、位置合わせすべきバンプリソグラフィの隣でお届けします。
ジョセフソン隣接：ドーランブリッジ
この規律の最も特殊なバージョンが、吊りレジストブリッジを通した二重角度アルミ蒸着と、2回の成膜の間の制御されたその場酸化、ジョセフソン接合を支えるドーランブリッジプロセスです。同じリフトオフ論理です。接合プログラムは応相談にて承りますので、仕様とともにRFQへどうぞ。低温接合の相棒は同じフロー上のAu/In SLIDです。
リフトオフによる形状定義と自然酸化膜の管理
確実にハイブリッド実装できるインジウムバンプとそうでないものを分けるのは2点です：エッチングなしの形状制御と、当社の成膜からお客様のボンダーまでの自然酸化膜の管理。
リフトオフ：アンダーカットなし
金属成膜前にフォトレジスト層をリソグラフィでパターニング。ウェーハ全面にインジウムを蒸着し、レジストを溶剤で溶解するとレジスト上の金属が除去され、定義した開口部にのみバンプが残ります。バンプ表面に酸が触れることは一切なく、アンダーカットも純度低下もありません。バンプ幅・間隔・下地パッドへの位置合わせは±0.5µmのリソグラフィ精度で制御されます。
自然酸化膜の管理
インジウムは大気暴露から数分で薄い自然酸化膜を形成し、この酸化膜スキンが常温圧接と熱圧着の成否を左右します。リフトオフから梱包までの時間は管理・記録され、ウェーハは乾燥剤と湿度インジケータカードを同封した防湿バッグに封入し、リジッドウェーハシッパーで出荷します。バンプは既知かつ文書化された表面状態でお客様のボンダーに届きます。許容保管・取扱時間の目安と、リフロー・熱圧着・常温圧接の各方式に応じた接合面前処理の推奨条件を提供します。
アレイ全体の均一性
焦点面アレイが正しくハイブリッド実装されるのは、アレイ内のすべてのバンプが同時にタッチダウンする場合だけです。バンプ高さはプロファイロメトリーでウェーハ全面をマッピングし、蒸着ルートで面内±5%の均一性。出荷前にSEMで形状を確認します。高さマップとSEM画像は標準プロセスデータとしてウェーハに添付されるため、お客様のボンディングエンジニアは推測ではなく実測値からスタートできます。
検出器・ROIC・化合物半導体ウェーハ
赤外線・量子分野の仕事が素のシリコンだけで済むことはほとんどありません。インジウムバンピングはCMOS読み出しウェーハ・化合物半導体・脆弱な薄型基板に対応し、ハンドリングと熱予算をそれぞれに適合させます。
ROIC・検出器ウェーハ
読み出しウェーハはCMOS完成済みで厳しい温度上限があり、検出器ウェーハのエピタキシャル層はさらに低い温度しか許容しません。すべてのランは開始前に合意した文書化された熱予算に対して処理され、UBMと成膜条件はその範囲内に収まるよう選択されます。バンプアレイは±0.5µmのステッパー精度で既存パッドレイアウトに位置合わせされます。
化合物・薄型・脆弱基板
InP・GaAsウェーハ、ガラス・サファイアキャリア、薄化・反りウェーハは、チャッキング・コーティング・搬送を適合させて取り扱います。基板別のレジストプロセスがトポグラフィを平坦化し、レイアウトが要求する場合は成膜条件をステップカバレッジに合わせて調整します。特殊な基板をお持ちの場合は詳細をお送りください。この応用分野では特殊な基板が通常のケースです。
代表的なインジウムバンププロセス仕様
| パラメータ | 真空蒸着 + リフトオフ | 電解めっき |
|---|---|---|
| ウェーハサイズ | 4〜12インチ（100〜300mm） | |
| 基板 | Si・CMOS ROICウェーハ・InP・GaAs・ガラス・サファイア（その他はリクエストで） | |
| 主要材料 | インジウム（In）· 純度99.99%（4N）標準 | |
| UBMオプション | Ti/Ni/Au · Cr/Au · TiW/Au（ENIG仕上げパッドも受け入れ可） | |
| バンプ高さ | 2〜10µm 標準 | 5〜25µm 標準 |
| 最小ピッチ | 10µm 標準（より微細はリクエストで） | ~25µm 標準 |
| アレイサイズ | フルウェーハアレイまで · ダイあたりメガピクセル級バンプ数 | |
| 高さ均一性 | ±5% 面内均一性 | ±8% 面内均一性 |
| パターニング方式 | リフトオフ | レジストスルーめっき + シードエッチング |
| リソグラフィ | ステッパーまたはマスクアライナー | |
| アライメント精度 | ±0.5µm（ステッパー） | ±1µm |
| ボンディング互換性 | リフロー（156.6°C以上）· 熱圧着 · 常温圧接 | |
| 融点（純In） | 156.6°C | |
| 超伝導転移温度 | 3.4 K | |
| 熱伝導率（In） | ~82 W/m·K | |
| 検査 | プロファイロメトリー高さマップ + SEMが標準 · バンプシア試験はリクエストで | |
| 出荷 | 窒素封入 · 取扱い方法および許容保管・取扱時間の目安を添付 | |
赤外線・量子・科学計測にわたるインジウムバンプ
赤外線FPAハイブリッド実装
InGaAs・InSb・HgCdTe・タイプII超格子検出器アレイのシリコンROIC（読み出し集積回路）へのフリップチップハイブリッド実装。10〜30µmピッチの微細インジウムバンプアレイが、熱イメージング・天文観測・宇宙機器向けメガピクセル級焦点面を可能にします。延性のあるインジウム接合が冷却のたびに検出器とシリコンのCTE差を吸収します。
超伝導量子プロセッサ
インジウムバンプフリップチップは、超伝導量子コンピュータで量子ビットダイをインターポーザまたはキャリアチップに接続する標準アーキテクチャです。3.4 Kの転移温度以下でDC抵抗ゼロの信号伝送。常温圧接・低温ボンディングにより、繊細なジョセフソン接合回路を損傷温度からはるかに遠ざけたまま実装できます。
極低温検出器・観測装置
1 K以下で動作するTESボロメータ・MKIDアレイ・SNSPD実装は、動作温度で延性と超伝導性を保つインジウムインターコネクトに依存します。CMB観測・サブミリ波天文学・ダークマター実験で、大型検出器アレイと多重化読み出しを接続します。
X線・粒子線ピクセル検出器
ハイブリッドピクセル検出器は、CdTe・CZT・GaAs・厚型シリコンセンサーダイを読み出しASICにバンプ単位で接合します。背の高いめっきインジウムバンプが、これら大面積ハイブリッドに必要なスタンドオフとコンプライアンスを提供。フォトンカウンティング医療CT・放射光科学・高エネルギー物理トラッカーに対応します。
SWIRイメージング・LiDAR受信機
マシンビジョン・半導体検査用InGaAs SWIRカメラと、アイセーフLiDAR受信機は、フォトダイオードアレイとシリコン読み出しの間にインジウムバンプハイブリッド実装を使用します。車載・産業SWIRの成長がピッチとアレイサイズを押し上げており、いずれも蒸着リフトオフルートの強みです。
低温フォトニクスダイアタッチ
レーザー・変調器・検出器ダイがSnAgやAuSnのリフロー温度を許容できない場合、インジウムは156.6°C以下で接合します。温度に敏感なIII-V族ダイ、マイクロLED・マイクロ光学実装、リワーク可能なプロトタイプフォトニクスパッケージに使用されます。
低温気密・真空封止
インジウムシールリングとガスケットは、金属封止の中でも低い封止温度で気密・真空封止を実現します。クライオスタット窓・MEMS真空パッケージ・極低温で有機シールがアウトガスや割れを起こす光学実装に対応します。
微細ピッチ3D積層・チップレットR&D
インジウムマイクロバンプは、超微細ピッチのダイ積層とチップレットインターコネクトに向けた活発な研究方向で、低温・高コンプライアンスで接合できます。大学・企業のR&Dプログラムを、1ランあたりウェーハ1枚からのプロトタイプインジウムマイクロバンプウェーハで支援します。
当社のインジウムバンプ能力が異なる理由
2つの成膜ルートを一つのプロジェクトとして
真空蒸着リフトオフとインジウム電解めっきの両方が利用可能。ピッチ・バンプ高さ・基板・数量に合うルートをエンジニアが選択します。仕様に応じて蒸着または電解めっきから最適なプロセスを選定します。
UBM込み：お客様のパッドに適合
Ti/Ni/Au・Cr/Au・TiW/AuのUBM（アンダーバンプメタル）を同一フロー内で成膜・パターニング。パッド仕上げとボンディング方式に適合させるため、後工程のハイブリッド実装に適した状態で納品します。
リフトオフで微細ピッチ：アンダーカットなし
バンプ形状は±0.5µmのステッパー精度でレジスト開口部により定義されます。蒸着・リフトオフ方式では、バンプ本体へのエッチング工程を避けることができ、微細形状と材料純度を維持しやすいプロセスです。微細ピッチFPA用途に必要なバンプ形状・位置精度を考慮してプロセスを設計します。
成膜からお客様のボンダーまで酸化膜を意識
インジウムボンディングの成否は表面状態で決まります。ウェーハは防湿封入・タイムアウト文書付きで出荷され、リフロー・熱圧着・常温圧接それぞれの接合面前処理ガイダンスが付属します。
極低温・量子の文脈を理解
300 K冷却をまたぐCTEコンプライアンス、超伝導インターコネクト要件、ジョセフソン接合回路とII-VI族検出器層の熱予算：バンプアレイは孤立した成膜ジョブではなく、お客様の極低温実装の一部として設計されます。
1枚から、最小ロット：1枚から
単一ウェーハでインジウムバンピングを試作し、高さ均一性・形状・ボンディング挙動を量産にコミットする前に確認できます。同じレシピが試作データをベースラインとして量産にスケールします。試作データがそのまま量産のベースラインになります。
プロジェクトを開始しましょう。
通常1営業日以内にご連絡します。
製造ルート・バンプ高さ・ピッチ・ウェーハサイズ・数量をお知らせください。エンジニアが通常1営業日以内にご連絡します。