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tsmcが発売した最初のパッケージング製品はcowos（chip on wafer on substrate）で、ロジックチップとdramをシリコンインターポーザー上に配置し、基板上にパッケージ化する。 zhang zhongmou氏は、将来のtsmcのビジネスモデルは、フルセットのサービスを提供し、チップ全体の生産と製造を実現することになるだろうと述べた。

2016 年、nvidia は cowos パッケージを使用した最初のグラフィックス チップ gp100 を発売し、人工知能ブームの第一波が始まりました。その後、google alphago が ke jie に続いて tpu 2.0 を破りました。使用された cowos パッケージも tsmc によって製造されました。

現在、cowos は ai チップによって回避できないテクノロジーとなり、高度なパッケージングも半導体業界に深く浸透し、高度なプロセスに劣らず人気のある注目の分野となっています。

しかし、foundry 2.0を立ち上げたtsmcにとって、特にその生産能力が限られており、nvidiaのニーズさえ満たせないことを考えると、cowosだけでは明らかに十分ではない。より優れた包装製品を早急に導入する必要があります。

先進的なパッケージング市場全体を見ると、過去 1 年間で活発に議論されてきた 2.5d および 3d パッケージングに加えて、いくつかの新しいテクノロジーが cowos の人気を高めていることがわかります。現在、foplp とガラス基板を高度なパッケージングで実現しています。

ビーチを掌握せよ foplp

ファンアウト パネル レベル パッケージング (foplp) がメーカーの間で人気になっているのはなぜですか?

2016年、tsmcはinfo（統合ファンアウト・パッケージング）と呼ばれるfowlp（ファンアウト・ウェーハ・レベル・パッケージング）技術の開発を開始し、これはiphone 7シリーズ携帯電話のa10チップで使用され、サムスンのファウンドリをappleの供給から締め出した。その後、パッケージングおよびテスト業界は tsmc の足跡をたどり、低コストで顧客を引き付けることを期待して fowlp ソリューションを推進し始めました。

しかし、数年が経っても、fowlp パッケージング ソリューションは、端末アプリケーションの点では技術的に大きな進歩を遂げておらず、依然として pmic (電源管理 ic) などの成熟したプロセス製品にとどまっており、市場に参入することは困難です。より多くのお客様の扉へ。

このときfoplpが登場し、ウェーハレベルからパネルレベルに切り替わり、単価の安さやパッケージングの大型化などのメリットがあり、aiチップメーカーからも注目を集めている。

ウェーハレベルのパッケージングとパネルレベルのパッケージングの主な違いは、前者では切断されたチップをウェーハ上に再組み立てするのではなく、より大きなパネル上に再組み立てすることです。これにより、メーカーは多数のチップをパッケージ化できるようになり、パッケージング プロセスのコストが削減されます。また、正方形の基板上に実装することで、使用可能な面積が円形の12インチウェーハの最大7倍となり、同じ単位面積内により多くのチップを配置できるため、実装効率も向上します。

画像ソース サムスン

この新興市場が非常に急速に成長していることは言及する価値があります。 yole group の半導体パッケージングアナリストである gabriela pereira 氏は次のように述べています。「ファンアウトパッケージング市場全体を見ると、fowlp は依然として主流のキャリアタイプですが、収益の点では foplp は依然としてニッチ市場とみなされています。 out packaging 2023 》 このレポートでは、foplp市場規模は2022年に約4,100万米ドルと推定されており、今後5年間で32.5%という大幅な年平均成長率を示し、2028年までに2億2,100万米ドルに成長すると予想されています。

実際、foplp の採用はファンアウト市場全体よりも速く成長し、fowlp に対する市場シェアは 2022 年の 2% から 2028 年の 8% に上昇すると予想されます。これは、より多くのパネル生産ラインが立ち上げられ、歩留まりの向上がコスト効率の向上につながるため、foplp が今後数年間で成長すると予想されることを意味します。 」

最新の良いニュースは、nvidia が最新の blackwell チップにパネルレベルのファンアウト パッケージング (通称 foplp) を使用する予定であるということです。blackwell 製品向けの nvidia の cowos パッケージング キャパシティは逼迫しています。blackwell gb200 も先行してリリースされる可能性があるという噂があります。元の 2026 年のスケジュールではなく、来年 (2025 年 2026 年) に foplp の使用を開始します。さらに、amdは将来のaiチップでfoplpを使用する準備をするために、関連企業と連絡を取り始めています。

これに対応して、台湾のパッケージングおよび検査会社のグループが foplp の開発を加速しています。

立城は台湾の半導体パッケージングおよび検査工場の中で、最初にfoplp量産ラインの敷設に投資し、2016年に竹科第3工場で世界初のfoplp生産ラインの建設を開始し、2019年に正式に量産を開始した。 powerchengの最高経営責任者（ceo）xie yongda氏は、powerchengは業界より約2年先を行っており、将来のai世代では異種パッケージングでより多くのfoplpソリューションが使用され、26年には実を結ぶと予想されていると楽観的だと述べた。そして27年。

innolux は、変換価値のない第 3.5 世代の工場設備を使用しており、現在、最大のパネルサイズを備えた生産ラインです。 innoluxは8年間にわたりfoplpの研究開発に投資しており、経済省のa+プロジェクトから補助金を受け取っただけでなく、工業研究院とも協力し、4年目には正式に量産に入る予定だ。今年の四半期には 1 ～ 2 パーセント ポイントの収益がもたらされるでしょう。

研究機関 trendforce の調査によると、foplp パッケージング技術の導入には主に 3 つのモデルがあります。 まず、パッケージングおよびテストのファウンドリが消費者向け ic のパッケージング方法を従来のパッケージングから foplp に変換します。 2 番目に、プロのウェーハ ファウンドリとパッケージングおよびテスト ファウンドリが ai gpu をパッケージ化し、2.5d パッケージング モードをウェーハ レベルからパネル レベルに変換します。第三に、パネル メーカーは電源管理や民生用 ic などのアプリケーションをターゲットにしています。

そして、大手メーカーも非常に速いスピードで動いています。 tsmcの魏哲佳会長は、最近の記者会見でfoplpレイアウトの進捗状況を初めて説明し、tsmcは研究開発チームと生産ラインを設立した。これはまだ初期段階にあり、同氏はこの技術が3年以内に成熟し、tsmcが量産できるようになるだろうと予想している。

その直後、ase investment holdingsの記者会見で、最高執行責任者のwu tianyu氏は、aseは5年以上にわたり、300mm×300mmから始めて、将来的には600mm×600mmまでパネルレベルのソリューションを研究してきたと述べた。

台湾以外では、韓国のサムスンもfoplpパッケージング技術を集中的に推進している。

すでに8年前、samsung electro-mechanicsはgalaxy watch向けのfoplp技術を開発し、2018年に量産を開始しました。2019年にsamsung electronicsはsamsung electro-mechanicsからplpを7,850億ウォン（約5億8,100万米ドル）で買収しました。これまでのところ、galaxy watch 6 チップは依然としてこのテクノロジーを使用しており、foplp とパッケージ スタッキング (pop) テクノロジーを組み合わせて cpu、pmic、dram をチップセットに統合しています。

サムスン電子の元半導体（ds）部門責任者キョン・ヒョンキョン氏は、今年3月の同社株主総会でplp技術の必要性を説明した。同氏は「aiチップ基板のサイズは通常600mm×600mmまたは800mm×800mmで、plpなどの技術が必要になる」と述べ、「サムスン電子も開発し、顧客と協力している」と付け加えた。

サムスンは現在、モバイル機器やウェアラブル機器など、低電力メモリ統合を必要とするアプリケーション向けにfoplpを提供しており、2.5dパッケージング技術のi-cubeをplpに拡張する計画もある。

tsmc や samsung と比較すると、intel は foplp にあまり熱心ではないようですが、関連する技術的予備力も持っていますが、今のところ foplp 分野で大きな動きはしていません。

特筆すべきは、フルオーダーにより、tsmcは既存の包装工場を大規模に拡張し始めており、顧客のニーズを満たすために他社から包装工場を高額で購入していることさえある。

tsmcは今年8月、innolux nankeの5.5世代パネル工場（南科第4工場）と付帯設備を約5億2,800万米ドルで購入したと発表しており、取引は11月に完了する予定だ。発表によると、工場の建築面積はおよそ9万6000平方メートル以上に相当し、両当事者は南科第4工場だけでなく、2つの工場を購入する方向で交渉していることがわかっている。次の取引は innolux nanke factory 5 になる可能性があります。

tsmcが発行した設備購入リストにはap 8の番号が含まれており、これは嘉義工場のap 7に2つの包装工場を建設した後、旧innolux nanke工場が次の先進的な包装拠点となることを意味する。来年の計画では第1四半期に設置が開始され、スケジュールによっては最も不足しているcowos生産能力をサポートするために新工場よりも早く投資される可能性がある。 foplpに関してはtsmcと協力している。

大手メーカーの間ではfoplpが激戦区となっているが、aiチップの場合はこの実装技術だけでは不十分だ。

ガラス基板コンペティション

なぜfoplpにはガラス基板が必要なのでしょうか？

foplpはより大型の基板を使用することが特徴ですが、icがますます大型化するにつれて、従来のプラスチック基板では反りの問題が発生しやすくなり、多くのパッケージングメーカーが大型基板を使用し始めるにつれて、この問題はますます顕著になってきています。

プラスチック基板（有機材料基板）は、反りに加えて常に適応限界に近づき、特にその表面が粗くなり、超微細回路本来の性能に悪影響を与える可能性があります。そのような場合、ガラスは新しい基板材料として機能します。半導体業界に参入。

新しい解決策として、ガラス基板はプラスチック基板よりも滑らかな表面を持ち、同じ領域にある開口部の数は有機材料上の開口部よりもはるかに多くなります。ガラスコアのスルーホール間の距離は 100 ミクロン未満にすることができ、これによりチップ間の相互接続密度が 10 倍に直接増加する可能性があることが報告されています。相互接続密度の増加により、より多くのトランジスタを収容できるようになり、より複雑な設計とスペースのより効率的な使用が可能になります。

同時に、ガラス基板は熱特性と物理的安定性の点で優れており、耐熱性が高く、高温による反りや変形が起こりにくいだけでなく、ガラスコアの独特の電気的特性により、誘電損失がより低く、よりクリアな信号と電力の伝送が可能です。abf樹脂と比較して、ガラスコア基板の厚さを約半分にすることができ、信号伝送速度と電力効率も向上します。

しかし、ガラス基板にも欠点がないわけではありません。ガラスシートは通常厚さが 100µm 以下で、輸送、取り扱い、製造時の圧力により亀裂や粉砕が起こりやすいため、この材料を使用および管理するには特殊な装置とプロセスが必要です。

さらに、ガラス基板が直面している重大な障害は、ガラス基板のサイズ、厚さ、特性に関する統一規格が存在しないことです。正確な世界仕様に従っているシリコンウェーハとは異なり、ガラス基板には現在、広く受け入れられている寸法や特性がありません。メーカーがプロセスに大きな変更を加えずに基板を交換できる半導体製造工場では、標準化された欠陥が問題を複雑にしています。密接に関連しているのは、異なるバッチのガラス基板間だけでなく、基板と基板がサポートする半導体デバイスの間の互換性の問題です。ガラスの固有の電気的および熱的特性は、半導体デバイスと互換性がなければなりません。パフォーマンスは慎重にマッチングされています。

ガラス基板の特性により、業界はガラス基板に群がりますが、ガラス基板がもたらす技術的な課題により、多くの中小企業がカニを最初に食べようとするのは少数の大手企業だけです。

画像ソース インテル

2023 年 9 月、インテルは、次世代の高度なパッケージング用の業界初のガラス基板の 1 つを発売すると発表しました。このガラス基板は、この 10 年間の後半、2026 年から 2030 年に発売される予定です。

「10 年間の研究を経て、インテルは業界をリードする高度なパッケージング用ガラス基板を実現しました。」とインテルの上級副社長兼アセンブリおよびテスト開発ゼネラルマネージャーのババク・サビ氏は述べています。今後数十年間、主要企業やファウンドリの顧客に利益をもたらすことができます。」

インテルは10年前、ガラス基板の研究開発ラインとサプライチェーンを確立するために米国アリゾナ州の工場に10億米ドルを投資したことがわかっている。インテルにはセラミックから業界をリードし、次世代パッケージングの推進に長い歴史がある。 1990年代には、パッケージングから有機パッケージングへの変革が始まり、ハロゲンおよび鉛フリーのパッケージングを実現し、高度な組み込みチップパッケージング技術を発明しました。

サムスンはすぐにインテルの足跡をたどり、競争に参加しました。サムスン電子は2024年1月のces 2024で、2025年に試作、2026年に量産を目標に、今年中にガラス基板試作生産ラインを設立することを提案した。

サムスン電子は今年3月、サムスン電機などの大手エレクトロニクス関連会社とガラス基板の共同開発を開始しており、サムスン電機は半導体と基板の組み合わせで独自技術を提供するとみられている。ガラスの職人技に貢献します。サムスン電子がサムスン電機、サムスンディスプレイなどの電子部品会社とガラス基板の研究を共同で実施するのは初めてとみられる。

もちろん、次世代基板技術に取り組んでいるのはサムスンとインテルだけではない。日本のメーカーであるイビデンも、skグループの子会社であるskcがガラスベースの設計と研究開発に参加し、新しい量産能力を開発するために子会社absoluxを設立し、amdやlg innotekなどの企業とパートナーシップを確立した。また、今後の半導体パッケージ基板の主な材料はガラスになると述べており、同社はガラス基板の開発を検討しているとしている。

これらのメーカー以外で最も注目に値するのは間違いなく tsmc です。

tsmcはこれまでガラス基板の技術について言及していなかったが、同社のパッケージング分野での蓄積を考慮すると、すでに関連する技術的埋蔵量を持っている可能性が高く、メディアの報道によると、業界ではtsmcがnvidiaの将来のfoplpニーズを満たすためにガラス基板の研究開発を再開したという噂がある。

また、台湾の半導体製造装置メーカーもインテルと長年協力関係にあり、関連サプライチェーンを立ち上げ、ガラス基板サプライヤーによるeコアシステムアライアンスを設立し、受注獲得に向けて事前調整を行っている。インテルとtsmcから。

パッケージング業界にとって、foplp とガラス基板は 1 つの体の両面のようなものです。foplp を大規模に適用したい場合は、より大きなパッケージング基板が必要になりますが、アプリケーションがある限り、より大きなパッケージング基板はガラス基板を迂回することはできません。 foplpの需要は続く 価格が上昇すれば、ガラス基板の量産化は今後も加速するだろう。

ウエハーからパネルまで

実際、foplp は fowlp から派生した技術として、初期段階ではあまり注目されていませんでしたが、一方で、この技術はメーカーのパッケージング能力をテストするだけでなく、 foplp は、fowlp およびプリント基板処理のための技術と見なすことができますが、望ましい結果を達成するには、多くの場合、2 つの異なる業界のメーカーの協力が必要です。

これが、インテルとサムスンがこの分野で最速の進歩を遂げることができる理由でもあります。前者は長年にわたり米国の半導体産業のリーダーであり、米国の半導体サプライチェーンの大部分を管理していますが、後者はそれ自体が巨大なグループであり、半導体の生産と製造のあらゆる側面に関与しており、問題をより迅速に解決できます。 。

そして、それらがtsmcのパッケージング事業にさらなる圧力をもたらしていることは間違いなく、foplpやガラス基板が徐々に成熟するにつれて、nvidiaやamdなどのメーカーが技術的な理由から他のパッケージングメーカーに切り替えることを保証することは困難です。

さらに、foplp とガラス基板の台頭により、どちらの技術も同様のパネル サイズを使用するため、チップ密度の増加、コストの削減、製造効率の向上という点で相補的な関係にあります。将来の包装業界はこの分野で発展する可能性が非常に高いです。

彼らが高度なパッケージングの状況を再定義した後、最も多くの利益を得ることができるのは誰でしょうか?