ハイエンドのフリップチップデバイスにおける熱と電力の管理について、エレクトロニクス業界最大の課題を解決する新アプローチは多くの注目を集めている。米Nextreme社は、電流が流れるとバンプの一方の端を反対側に比べて急激に冷却することができるサーマルCuピラーバンプを開発した。単にこのプロセスを逆にしてサーマルバンプに熱を供給しても電力を発生する。バンプのサイズはどんなに小さくなっても限界はない。

　Nextremeは、エレクトロニクス/オプトエレクトロニクス業界の進展を妨げている熱問題のソリューション開発を目的に2004年12月に設立された。当初、様々なエレクトロニクス企業と共同で、ホットスポット問題に対する、ねじれ型の技術ソリューションなどを開発。ホットスポットは普通5〜25℃の冷却が必要だが、100W/cm²ほどの大量の電力を放熱する必要がある。そこで、同社はホットスポットの前ではなく背部に放熱するデバイスを開発した。ただ、半導体パッケージングで使用される製造フローには適合しなかった。

　「サーマルバンプを導入。デバイス製造にはんだバンプを使い、Cuピラーバンプのようなデバイスを製造することを考えていた」とNextremeマーケティング・ビジネス開発部門のバイスプレジデントのPaul A. Magill氏は説明する。「我々は、はんだ（基本的には熱電子とはんだの重ね合わせ）を使っているので、どんなフリップチップのバンププロセスにも適合させて、互換性のあるものにすることができる」と同氏は述べる。

　Nextremeの技術によって、同社が独自に開発したナノ材料薄膜（テルル化ビスマス（Bi2Te3）、単結晶の厚さ5〜20μm）が、はんだバンプ製造工程に組み込まれる。そして、同社の、薄膜を組み込んだ熱電変換発電機（eTEG：thin-film-embedded Thermoelectric Generator）は、ゼーベック効果を利用して、直接、熱を電気に変換する。電気はデバイス全面の温度差から生じるのだ。熱いところと冷たいところの温度差によって熱電材料のフェルミ・エネルギーに違いがでて、電流を流す電位差が生じる。

　高さ60μmのサーマルバンプ全体で60℃の温度差が達成された。また、Nextremeは最大で150W/cm²を越す放熱能力と1バンプあたり最高で10mWの発電能力を実証した。

　同技術は追加型ソリューションではないので、エレクトロニクス業界にとって真にスケーラブルな初めてのソリューションである、とMagill氏は考えている。「これらのサーマルバンプをホットスポット近くに統合できれば、デバイスからホットスポットが実際に必要な温度差分を引くだけでよくなることを指摘しておきたい」と付け加える。

　次のステップはダイをフリップチップ実装できるパッケージに統合することである。「この技術は寄生信号に影響するかと尋ねられるが、我々は信号電流経路を流れることを想定していない」と同氏は説明する。「独自の電力やアース端子を必要とするホットスポットでは個別のバンプアレイになるだろう。それほど大きな仕事ではなく、この段階では設計ツールメーカーやチップ設計者との協業もありえる。最終的には、チップ設計者が単にキャパシタ、抵抗、配線を全体的なパッケージ積層構造に置くだけでいい、熱と電力を管理するチップ設計ツールを実現したい」。

　Nextremeは、高温の電子部品やトリクル充電式の小型電池を冷却するため、独自の熱と電力を管理する技術を、従来のレーザーとセンサーによる熱管理に使用している。サーマルバンプのフリップチップ実装として可能性があるのは、マイクロプロセッサ、ディスプレイドライバ、RFデバイス、医療機器、腕時計、スマートカード、アナログ/ミックスシグナルデバイスなどである。

　同社は、バンプ技術をバンププロセスに実用化するために他社との協業を望んでいる。ほとんどのプロセスは電気めっきにより成膜される。Magill氏は、材料をスパッタリングしたり、別の工程で行うことを考えている。

　同社は現在パイロット生産中で生産量を増やしており、来年には100万個のデバイス生産を見込んでいる。