研究スタッフ
教授：

客員教授：

山口 正洋、准教授：

遠藤恭島田 寛、研究員：

酒井智和

研究目的
IT機器の拓くユビキタス社会において、IT機器の小形化、高集積化･高密度実装化、低消費電力化にともない、機器内での高周波電磁ノイズ（伝送ノイズ、放射ノイズ）の問題が深刻化しつつある。この問題を解決するためには、LSIパッケージレベルの対策が不可欠である。
我々の研究室では、近傍界計測・制御に基づく総合的高周波磁界ノイズ対策として、RF集積化マイクロ磁界プローブの開発と高分解能ノイズ
Roadmap for 3D Integration using TSVITRS 2007, Figure AP12 Roadmap for 3D Integration using
評価系の構築を行っている。また、磁性薄膜を Ref.)
TSV, (2007).
用いた集積型ノイズ抑制体の開発を進めている。
高密度実装技術の進展

ＲＦ帯ナノ電磁計測から高周波ＪＩＳＳＯへ
1. RF集積化マイクロ磁界プローブの開発と高分解能ノイズ評価系の構築･ 改良前･ 改良後

セミリジットケーブル，SMAコネクタ取付

L型冶具

24 mm

LSIの配線電流から発生する電磁ノイズを計測するために、広帯域、高分解能かつ高感度を有する磁界プローブを開発し、プローブを用いた評価システムの構築を目指している。

Chip
10 mm

･ Test Chip
RF micromagnetic probe

Vcom
First-stage
Differential
AmplifierSecond-stage
Differential
AmplifierDifferential tosingle-ended
conversion buffer

3 mm

PCB

10 mm

マイクロ磁界プローブの改良

Chip

定在波比: 1.3 → 1.1 (> 300 MHz)

S
PAD

60

･ LNAの直流特性：Gain: 20 dB
2.0: measurement: simulation

Vout [V]1.51.0

TestElement
Group0.5 mm

DC Wafer Probing
DC probe

Probe
Output[dBμV]
Probe
output [dBμV]

G

Lift-off :: 3535μm
Lift-offμm
Ws:620μm,
Lift-off:25μm
26dB 200x200μm
MeasuredWs:610μm,
Lift-off:45μm
2180x180μm

5550
50
4540
35-1000
-1000

6dB

170μm

170μm

Ws : 610μm
-500
0500
-500
500
Distancefrom
fromthetheCenter
center [μm][μm]Distance

1000
1000

0.50.00.00.51.0
Vin [V]1.52.0Chip

PCB実装を含めOn-chip集積化磁界プローブを試作中

山口・遠藤研究室

プローブを用いた評価系

5 mm
M. Yamaguchi, S. Koya, H. Torizuka, S. Aoyama and S. Kawahito,
IEEE Trans. Magn. 43, 2370 (2007)

www.itmag.ecei.tohoku.ac.jp

2. SPM探針を用いた超高感度電磁ノイズ計測技術の開発
探針を用いた超高感度電磁ノイズ計測技術の開発
走査型プローブ顕微鏡 (SPM)探針を利用して局所領域の磁界信号を計測できる
磁場掃印型磁気力顕微鏡 (E-sweep SPM)を開発した。この測定法に，高周波(RF)モードを付加し、次世代電磁ノイズ計測技術を開発する。
ﾈｯﾄｱﾅ

SPM本体
PC

OPｱﾝﾌﾟ
回路

ｽﾃｰｼﾞ
ｺﾝﾄﾛｰﾗ□ 高周波微小磁界検出への応用□ E-sweep SPM：
磁性細線のAFM像と細線内の局所位置での位相-磁場曲線

Zｽﾃｰｼﾞ

PC

ReferenceSynthesizer

電磁石
E-sweep
SPM本体

Vacuum chamber
Laser

Detector

ACP40

Cantilever
Probe tip～Fεr

ｺﾞﾆｵｽﾃｰｼﾞ 10 mm

簡易除振台

OutputLock-in
Amplifierphase-locking□ In-Lab-built SPM：

SPM
除振台
ｺﾝﾄﾛｰﾗ 磁場掃印ﾕﾆｯﾄ

高周波信号計測用プローブ冶具の作製→ 動作確認中

HFSynthesizer

微小磁性体内の局所位置での磁化挙動を理解可能

LSIチップ中の配線電流をリアルタイム計測への応用を検討中

3. 磁性薄膜集積型電磁ノイズ抑制体の開発
IT機器の小形化、高集積化･高密度実装化、低消費電力化にともない、深刻化する高周波電磁ノイズ（伝送ノイズ、放射ノイズ）を抑制するために、その次世代技術である磁性薄膜を用いた集積型ノイズ抑制体の開発を行っている。

3-1. 伝送ノイズ対策(b) 強磁性共鳴損失および周波数帯を制御可能（磁性体利用の最大の特徴）
ジュール損失解析：(a) 強磁性共鳴損失の最適化：
強磁性共鳴損失の最適化 損失発生の1.91 mmhard direction

hrf

B

17 mm

CPW with
Magnetic film
CoNbZr film
(15 mm x 2 mm x 1.2 µm)
Ms = 1T
Hk = 8.5 Oeρ = 120 µΩcm
FMR Freq. = 0.8 GHz

- 50
- 60
0.1~25 dB

D10CoZrNb film

On-chip CPW with
Magnetic film

Hard axis

80E51A

C~27 dB

21s21 s[dB]

Magnetic Film
polyimide
Substrate(glass)
Substrate(glass)Thickness- 20 (magnetic film, insulator)
A: CPW
B: (1.0 µm, 7.5 µm)- 30 C: (0.5 µm, 2.0 µm)
D: (1.0 µm, 2.0 µm)- 40 E: (2.0 µm, 2.0 µm)~15 dB- 100.86 mm

0Ploss /Pin [%]

15 mm

2060
40with Mag. Film
w/o Mag. Film

20Frequency(GHz)
Frequency[GHz]
Ki Hyeon Kim, et al, IEEE Trans. Mag., 40, 2838 (2004).

00.05 0.1

0.5 15Frequency [GHz]最大57 ｄB減衰 @ 5 GHz

1050

3-2. LSIチップ集積化デモンストレーション（誘導・放射ノイズ対策）
チップ集積化デモンストレーション（誘導・放射ノイズ対策）
1500

CP-2S

1000
500
10 mm
0Chip with
Magnetic film

強磁性共鳴損失-500
1101001000
Frequency [MHz]

磁性薄膜の透磁率10 480

CoNbZr (1.0 µm thick)Ms = 0.95 T
Hk = 10 Oeρ = 120 µΩcm
FMR Freq. = 0.89 GHz

1. LSIの樹脂パッケージ開封
2. SiO2，CoNbZr膜を集積化（熱処理なし）3. LSIの動作確認

山口・遠藤研究室(b) ノイズ測定結果(a) 磁性薄膜集積化

磁気シールド効果

Probe Output [dBµV]

Relative Permeability

2000

without Mag-film(raw data)with Mag-film(raw data)
background(power off)

7060
50
40
30
20
11.2

1.4

1.6

1.8

2

Frequency [GHz]Frequency[GHz]

最大抑制 20 dBµV @ 1.5 GHz

www.itmag.ecei.tohoku.ac.jp