目次

• はじめに・イントロダクション
• IPC ジョン W ミッチェル(IPC President & CIO)より
• エグゼクティブサマリ
• 半導体の性能向上には、高度なパッケージングが欠かせない
• アドバンスドパッケージのテクニック
• 先進的なパッケージング能力を強化するために、多くの政府ができること
• 先進的なパッケージング分野では、大きな集団行動が必要となる
• 半導体アドバンスト・パッケージングのイノベーションに向け、最も重要な技術ドライバーTOP3

はじめに：技術的な要求はますます複雑に

テクノロジーへの要求はますます複雑になってきています。長年頼りにしてきたツールやデバイスはもはや十分ではなく、新たな医療、金融、製造、運輸などの分野で刻々と変化する需要に対応するために、様々なアプローチが必要とされています。自律型ロボット、自動運転車、高性能コンピューティング、拡張現実と仮想現実、未来の工場、AIを取り入れた体験などは、これからの私たちの生活や人生を形作る先端技術のほんの一部に過ぎません。

しかし、産業界が競争を繰り広げる中、このような新しいツールを導入するために、エレクトロニクス業界は大きな課題に直面しています。高速化、処理能力の向上、低遅延、高データスループットを実現するにはどうすればよいのでしょうか？

そして、これらすべての機能を、より小さなパッケージで、より低い消費電力と長いバッテリー寿命で実現するには、テクノロジー業界はどうすればよいのでしょうか？

過去 50 年にわたり、シリコンの微細化は技術的な性能向上のための答えであったが、今日、シリコンの微細化は高度化するアプリケーションのニーズに対応できなくなっています。半導体産業における新たな王者は、アドバンスト・パッケージングです。半導体業界の新たな王者はアドバンスト・パッケージングであり、パッケージングこそがイノベーションの起爆剤となりつつあります。IPCは、業界や政府のリーダーたちの間で、先進パッケージングに関する議論を進めるため、2022年9月に実施したオンライン定量調査の結果の一部に基づき、以下の報告書を作成しました。グローバルな調査パネルは、87名のエレクトロニクス業界のシニアエグゼクティブとテクノロジーリーダーで構成されており、その専門分野は次の通り。

半導体製造・ファウンドリ、IC基板、先端パッケージング組立・テスト（OSATを含む）、プリント基板（PCB）、最終システム組立（EMS）。

以下のレポートは、アドバンスト・パッケージングを推進するために何が必要かを探る新しい研究を紹介しています。アドバンスト・パッケージングは、次世代のイノベーションを定義する上で重要な要素です。その助けを借りて、世界の最も差し迫った課題の多くを解決するための新しいテクノロジーソリューションを可能にし、利用可能にします。しかし、これらの目標を達成するために、企業や政府は、世界中で予想されるチップ生産の急増をサポートするために、地域の強固なアドバンスト・パッケージング・エコシステムを育成する方法を決定する必要があります。

半導体チップは、熱や機械的なストレスに弱いため、保護する必要があります。チップは、ポリマーをはじめとするさまざまな材料で「封止」され、保護されています。封入されたチップは、演算やメモリー機能を実行するアクティブなロジックデバイスとなる。電子システムにおいて、このロジックデバイスは重要な部品の一つです。しかし、近年、シリコンの微細化の進展が鈍化し、その経済効率も低下しています。そのため、半導体業界では、より高い生産効率と技術力を実現するために、最先端のアドバンスト・パッケージングという新しい革新的な技術を導入しています。先端パッケージの需要は、ムーアの法則の延長線上だけで動いているわけではありません。エレクトロニクス業界では、”More than Moore”（ムーアを超える）、つまり、必ずしもそうでない方法で機能を拡張する傾向がますます強まっているのです。

IPC ジョン W ミッチェル(IPC President & CIO)より

各国政府は、半導体産業の国際競争力を高め、需要増に対応できる体制を整え、生活水準の向上や経済成長、世界の難問の解決につながる次世代技術を提供できるよう、政策的な取り組みを進めています。

これまでテクノロジー業界では、シリコンのスケーリング、つまり各チップに多くの機能を搭載することに注目が集まっていました。しかし現在では、スケーリングはますます難しくなっており、企業は性能向上のための別の手段を模索しています。アドバンスト・パッケージングは、今やシリコン・スケーリングに代わって、半導体部品イノベーションの主要な推進力となっていますが、政府の取り組みがこの技術トレンドを確実に反映するよう、さらに努力する必要があります。

チップ製造への投資と先進的なパッケージングへの投資は、強固な半導体エコシステムの構築に欠かせません。アドバンスト・パッケージング・エコシステムの構築には、難しい戦略的決断、より首尾一貫した製造政策、研究開発や人材育成に関する産業界と政府間のより大きな協力が必要となります。先進的なパッケージングをサポートする能力の多くは、米国や欧州では広く利用できないという現実に直面しています。したがって、各国政府は、以下のような投資を行いながら、能力とキャパシティの構築に向けた短期的なステップを踏むことで、野心的に考える必要があると考えています。このような半導体のエコシステムを構築することは、全員の目標になるはずです。

「自動運転車、5G、6Gなどの半導体ニーズをサポートするための長期的な研究開発」
「無線通信、IoT、ハイパフォーマンス・コンピューティング」

半導体の性能向上には、高度なパッケージングが欠かせない

ほとんどの回答者（94%）が、アドバンスドパッケージは、半導体能力の向上には必要不可欠と回答

アドバンスドパッケージのテクニック

ムーアの法則により、配線やトランジスタのサイズが小さくなり、チップの端から端まで信号が到達する距離が長くなっています。この信号の速度を向上させるとともに、信号の伝送に必要なエネルギーを削減するために、”ファットパイプ “と呼ばれるパイプを使用します。この太いパイプは、シリコン貫通ビア、インターポーザー、ブリッジ、あるいは単純なワイヤのような形をしている。先進的なパッケージング技術の例として、マルチチップモジュール、システムインパッケージ、3D IC、2.5D IC、異種集積、ファンアウトウェハーレベルパッケージ、チップレットベースパッケージなどがある。

これは、しばしばシステムインパッケージ（SiP）と互換的に使用される。マルチチップモジュールは、1つの基板に2つのチップからシステム全体までを搭載することができる。SiPは、複数の集積回路（IC）を1つのパッケージに収めた先進のパッケージング技術で、プロセッサー、メモリー、I/Oデバイスなど、さまざまなコンポーネントを搭載することができる。
3D-ICは、複数のICを積層して3次元（3D）構造にする先進のパッケージング技術で、スタック内の各ダイは、通常銅またはカーボンナノチューブで作られるダイ間インターコネクトと呼ばれるプロセスを通じて、他のダイと垂直に相互接続されている。

2.5Dは、複数のダイを1つのパッケージに統合する先進のパッケージング技術で、ダイはインターポーザーを使って相互接続され、インターポーザーはダイ同士をつなぐ薄いダイである。HI（Heterogeneous Integration）とは、異なる機能を持つ複数のダイを1つのパッケージに統合する。ヘテロジニアス・インテグレーションは、複数のセンサーや通信規格を一つのデバイスに統合することができるため、IoT（Internet of Things）の実現に重要な役割を担っている。ファンアウトウエハーレベルパッケージング(FOWLP)は、半導体デバイスのパッケージングに使用される高度なパッケージング技術である。FOWLPでは、ダイと外部とのインターコネクトをダイの外側に配線する。この配線は、マイクロビア、ステッチングビア、トレンチなど、さまざまな方法を用いて行うことができる。

先進的なパッケージング能力を強化するために、多くの政府ができること

半導体サプライチェーン強化のための政府の取り組みには、強固な高度実装能力の育成が必要

先進的なパッケージング分野では、大きな集団行動が必要となる

業界幹部は、投資のためのいくつかの一般的な焦点領域を見ています。業界リーダーの78%が、先端パッケージングコミュニティは研究開発に注力する必要があると考えており、回答者のおよそ4分の3（76%）は、コミュニティは教育や人材開発にも注力すべきと考えている。半数以上のリーダーは、先進パッケージングコミュニティは規格開発に焦点を当てるべきと考えている。

半導体アドバンスト・パッケージングのイノベーションに向け、最も重要な技術ドライバーTOP3

業界幹部が先端パッケージング投資の中心的と考える研究開発分野は数多くありえる。業界の専門家は、先端パッケージングにおけるイノベーションのための最も重要な技術ドライバーは、次の3つであると考えている。
また、「微細化対応」「次世代基板材料の開発」「装置・プロセスの高度化」など、北米をはじめとする主要な地域では、これらの領域が急成長している。北米などの主要地域ではまだ新しい分野ですが、いずれも実現にはさらなる研究開発が必要である。