台湾の先進パッケージング産業の発展状況とトレンド
2025-02-24
前書き
世界の半導体産業の発展は日々進化しており、先進パッケージング技術は半導体チップの性能と市場競争力を向上させるための鍵となっています。ムーアの法則が物理的限界に近づく中、プロセスノードの単純な縮小によって性能を向上させ、コストを削減する方法はもはや経済的効率に合致しません。したがって、大手ファウンドリーおよびパッケージテスト企業は、異質統合と先進的なパッケージング技術に積極的に取り組んでおり、チップ間の相互接続効率を向上させ、消費電力を削減しシステム統合能力を強化することで、人工知能（AI）、高性能コンピューティング（HPC）、5G通信、自動運転車などのアプリケーションの需要に応えています。台湾は完全な半導体供給チェーンを持ち、先進的なパッケージング分野で強力な競争力を示しています。TSMC（台積電）、UMC（聯華電子）、ASE（日月光）、SPIL（シリコンウェア精密工業）などの企業は、ファンアウトパッケージ（FOP）、2.5D/3D IC、異質統合システム・イン・パッケージ（SiP）、コ・パッケージド・オプティクス（CPO）などの新世代パッケージング技術を積極的に導入しており、これによりチップの性能と消費電力のパフォーマンスを大幅に向上させ、台湾のグローバル半導体パッケージング市場のリーダーシップをさらに強固にしています。
世界の先進パッケージング技術の発展
従来のパッケージング技術は平面パッケージが主流ですが、先進パッケージング技術は複数のチップを水平または垂直に積み重ねることによってチップの性能を向上させ、消費電力を低減します。これは積み木を積むように、異なるプロセスと特性を持つチップを重ねることで、先進パッケージング技術の発展は多次元統合へと向かっています。その中で、異質統合技術の応用がますます普及しており、異なる機能を持つチップ（例：ロジックチップとメモリ）を同一パッケージ内に重ねることで、計算性能を向上させ、消費電力を低減することが可能になっています。これはHPC（高性能計算）やAI（人工知能）チップ設計において重要な技術となっています。先進パッケージング技術は、より高密度の統合、より短い信号伝送距離、そしてより低い消費電力の方向に発展していくでしょう。世界の主要な先進パッケージング技術は次の通りです：
- ファンアウトパッケージ（Fan-Out Packaging, FOP）：より高いI/O（入力/出力）密度を実現するチップです。ここでのI/Oはチップと外部デバイスとの間のデータ伝送チャンネルを指し、この技術によってI/Oの数量と密度が増加し、信号伝達効率の向上により遅延が減少します。また大幅にシステムサイズが縮小され、従来の基板を省略することでパッケージの体積も削減されます。これにより、5G、HPC、およびAIチップに広く使用されています。
- 2.5D/3D ICパッケージ：2.5Dは一部のチップを重ねること、3Dは全てを重ねることを指します。シリコン貫通電極（Through-Silicon Via, TSV）とチップの積層技術を通じて、インターポーザ（Interposer）を用いて異なる機能のチップを垂直に統合し、計算性能と信号伝達効率を向上させ、消費電力を低下させます。
- 異質統合および高密度パッケージング技術：世界のパッケージングリーダーであるAmkor（アムコー）は近年、異質統合と高密度先進パッケージング技術に積極的に取り組んでおり、特に高密度ファンアウトパッケージ（High-Density Fan-Out, HDFO）およびシステム・イン・パッケージ（System-in-Package, SiP）に焦点を当て、高帯域メモリ（High Bandwidth Memory, HBM）のパッケージ統合を強化し、世界的に主要なメモリ企業とGPU供給業者を連携して、AIおよびHPCチップの発展を推進しています。
- コ・パッケージド・オプティクス（Co-Packaged Optics, CPO）：光学素子と電子チップ（例えば、プロセッサやスイッチチップ）を同一チップまたはモジュール内にまとめてパッケージし、その光路長を短縮することでエネルギー消費が低減しデータ伝達速度を向上させます。
台湾における先進パッケージング発展の焦点
台湾は世界の半導体産業において重要な地位を占めており、特に先進パッケージング分野での存在感が際立っています。AIおよびHPCの需要が増加する中、先進パッケージング技術は産業発展の鍵となっています。以下は台湾における先進パッケージング分野のいくつかの重要な発展方向です：
- 2.5D/3D ICにおけるChip-on-Wafer-on-Substrate（CoWoS）の人気による供給不足：台湾のTSMCは、CoWoS技術を用いて単純なウェーハ受託生産からパッケージング分野に進出しています。CoWoS技術は中介層を通じて複数のチップを同じパッケージ内に統合し、信号伝達性能を向上させながら消費電力を低下させます。CoWoSは「CoW」と「WoS」の二つの部分に分かれ、「CoW」は「Chip-on-Wafer」を指し、チップの積層を意味します。技術レベルが高く、利益も高いです。「WoS」は「Wafer-on-Substrate」を指し、チップをウェーハ基板上に積み重ねます。また、配置の形式によって2.5Dと3Dに分かれ、現在HBMおよびAI計算チップの統合に主に使用されています。
- ファンアウトパッケージがパネルレベルに向かう：ファンアウト・パネルレベルパッケージ（Fan-out Panel Level Packaging, FOPLP）は、伝統的な円形ウェーハの代わりにガラス基板を用いることで、生産能力を向上させコストを低減します。FOPLPに参入する企業は「パネル業者が半導体パッケージング技術に進出する」形態と、「ファウンドリー（専門ウェーハ受託生産企業）およびOSAT（専門パッケージングテスト企業）がウェーハレベルからパネルレベルのパッケージング技術に転向する」形態に分かれます。前者にはイノラックス（群創）などがあり、後者にはTSMC（台積電）、ASE（日月光）、PTI（力成）などがあります。現在、主に成熟したプロセス（例えば自動車、IoTなど）に使用されています。
- 異質統合とハイブリッドボンディングパッケージング技術：UMC（聯華電子）は先進パッケージングに積極的に取り組んでおり、その技術開発はウェーハ・オン・ウェーハ・ハイブリッドボンディング（Wafer-on-Wafer Hybrid Bonding）およびパッケージ・オン・パッケージ（Package-on-Package）パッケージング技術に焦点を当てています。これにより、チップの相互接続密度を向上させ、信号伝達距離を短縮し、パッケージング効率を高めます。さらに、聯電はHBMパッケージングの統合を強化し、異質統合システム・イン・パッケージ（SiP）を推進し、高性能計算（HPC）とAIの応用能力を強化しています。
- 未来の先進パッケージングにおける重要な発展：光電統合モジュールとチップを一緒にパッケージングする技術はコ・パッケージド・オプティクス（Co-Packaged Optics, CPO）と呼ばれ、生成的AIの波が高まる中、大量の計算リソースを必要とするクラウドサービスプロバイダーはデータの爆発的成長に直面しています。データセンターの構築需要はCPOの主要な原動力となり、CPOの商業化が未来の重要な方向性となるでしょう。
結論
台湾の先進パッケージング産業は、世界の半導体産業における重要な支柱となっています。TSMC（台積電）をはじめとする企業の積極的な取り組みにより、台湾はそのグローバルなリーダーシップを引き続き強化していくでしょう。今後、2.5D/3D IC、小型チップのパッケージングおよびCoWoS技術がパッケージング市場の成長を牽引し、材料需要のアップグレードを促すと考えられます。台湾のパッケージング産業における競争優位性は以下の通りです：
- 完全な半導体産業チェーン：IC設計、ウェーハ製造、パッケージングテストを含み、統合能力が強い。
- 台積電の技術的リーダーシップ：世界で最も先進的な2.5D/3D ICパッケージング技術を持ち、国際企業との協力を引き寄せている。
- 政府の政策支援：土地、人材、税制上の待遇を提供し、産業集積の発展を促進している。
総合的に見て、台湾のパッケージング産業は引き続き成長し世界の半導体市場において重要な役割を果たすことが期待されます。
資料來源： 工業技術研究院産業サービスセンター分析チーム
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