半導体チップを包装する「パッケージング」技術、性能革新の主役として浮上

複数の半導体チップを一つに積み上げる「パッケージング」工程が、今後の半導体市場の競争力を左右する技術として浮上している。個別チップの性能改善が限界に迫り、複数のチップを束ねて性能を極大化する必要性が高まったためだ。すでに有数の主要半導体メーカーも同様に、パッケージング技術の確保に向け、投資戦争に乗り出している。韓国メディア「ブリッジ経済」が報じた。(写真:IBMパワー10ウェハー=聯合ニュース)

半導体パッケージングとは、完成した個別の半導体チップを一つにまとめて包装する「後工程」作業である。半導体工程は大きく「前工程」と「後工程」に分けられる。半導体の前工程は、微細回路などを描くなど、主にウェハー上で進められる工程のことをいう。後工程には、ウェハー工程以降のチップを電気的に連結するパッケージングと、その後のテスト工程などが含まれる。

半導体はチップに集積回路等をどれだけ微細に刻み込むかによって性能が決まる。ファウンドリ(半導体委託生産)企業を中心にナノメートル単位の微細工程競争が繰り広げられている理由はこのためだ。現在、台湾TSMC、サムスン電子、米インテルなどはいずれも3ナノ工程の技術開発に入っている。問題は半導体微細工程も今後技術的限界にぶつかる可能性が高いという点だ。

このような個別チップの技術的限界を克服できる工程が、他ならぬパッケージング工程だ。パッケージング工程により、DRAMやNAND型フラッシュ、CPUなど複数の半導体チップを一つに束ねる「統合チップ」を使えば、個別の半導体利用時に比べ電力使用と体積は抑えられながら、性能はさらに高めることができる。パッケージング工法では、シリコンインターポーザーやシリコンブリッジを活用し、平面に複数のチップをつなげる2.5Dと、チップを分割して積層する方式の「3Dスタッキング(Stacking)」技術などが一緒に使われており、「3Dスタッキング」が特に注目を集めている。

特に最近、自律走行やデータセンター、通信機器などの高性能半導体需要が増え、パッケージング工法の需要は日々拡大している。市場調査会社のガートナーによると、2020年の半導体パッケージ市場は488億ドル(約60兆2000億ウォン、約5兆8182億円)、2025年には649億ドル(約80兆ウォン、約7兆7364億円)規模まで拡大するという。

主要半導体メーカーも同様にパッケージングなど、後工程技術への投資を拡大している。ファウンドリ企業の中では、台湾TSMCがパッケージング工程に最も積極的だ。TSMCは今月初頭、台湾南部に台湾国内基準で6番目のパッケージング工場を新設する予定だ。TSMCはパッケージングを通じて、クアルコムやエヌビディア、アップルなどが注文する統合チップも生産している。

ファウンドリの再進出を打ち出したインテルも最近、パッケージング工程に注目している。インテルは現地時間の今月15日、欧州に今後10年間800億ユーロ(約110兆ウォン、約10兆5369億円)規模の半導体投資を行うと明らかにした。第1段階投資では約330億ユーロ(45兆ウォン、約4兆3465億円)をかけてパッケージングなどの後工程施設や半導体研究開発(R&D)施設を建設する。インテルはこのため、イタリアに45億ユーロ(約6兆1000億ウォン、約5927億円 )を投資し、半導体パッケージング施設を建設する予定だ。インテルはすでに、米ニューメキシコに35億ドル(約4兆3000億ウォン、約4172億円)を、マレーシアには70億ドル(約8兆6000億ウォン、約8344億円 )を投資してパッケージング工場を増設すると発表したことがある。

パッケージングなど、後工程分野でTSMCなどにやや遅れを取っているサムスン電子も同様に、戦列を整え、関連技術の確保に乗り出している。サムスン電子は2018年にパッケージの製造および研究を統合的に進めるTSP総括を新設したのに続き、最近は自社DS部門に「テスト・パッケージ(TP)センター」を新設した。また、サムスン電子は2019年にサムスン電機からパネルレベルパッケージ(PLP)事業を約8000億ウォン(約787億円)で買収した。

サムスン電子は現在、2.5D技術ではロジックチップとHDM半導体などを配置する技術を確保している。3Dスタッキング工程ではロジック部門と方式のメモリであるSRAM部門を積層する技術を保有している。

サムスン電子は、TSMCやインテルなどのライバル会社と共に、半導体パッケージング標準の制定にも乗り出している。パッケージングおよび積層技術に対して各企業がコラボできるように関連コンソーシアムを構成する計画だ。またファブレスなどの企業もコンソーシアムに参加させ、今後「UCIe」という一本化された半導体パッケージング標準を作り、新たなパッケージング生態系を造成する方針だ。

非半導体企業も後工程投資に乗り出す勢いだ。今月8日、斗山(トゥサン)は韓国国内の半導体テスト企業であるテスナを買収すると発表した。テスナは加工されたウェハーを組立て、テストしてパッケージングする後工程会社(OSAT)に含まれる。韓国科学技術企画評価院によると、パッケージングとテスト工程を含むOSAT企業の市場規模は、2026年には約823億ドル(約9兆8105億円)水準まで成長すると予想される。

参考記事:サムスン、半導体「パッケージ工程組織」を新設し競争力確保へ
参考記事:疾走するサムスンのファウンドリ、1位の台湾TSMCとのシェア格差を縮める
参考記事:斗山、半導体事業に参入…半導体テスト韓国トップの「テスナ」を買収

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