AI半導体の進化を支える次世代基板、サムスン電機が2.5D/2.1Dとガラス基板を披露

この半導体ニュースのまとめ

・サムスン電機がAI半導体向け2.5D/2.1Dパッケージ基板技術を披露
・ガラスをコア材に用いて反りを抑え、信号特性や電力効率を高める技術も紹介
・データセンター、モバイル、自動運転向け高付加価値パッケージ基板を展開

Samsung Electro-Mechanics(サムスン電機)は9月9日から11日まで、韓国・仁川の松島コンベンシアで開催された「KPCA Show 2026」に出展し、AIアクセラレータやサーバーなどに向けた次世代半導体パッケージ基板技術を披露したことを発表した。

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  「KPCA Show 2026」におけるサムスン電機の展示ブース。AIアクセラレータ向け2.5D/2.1Dパッケージ基板やガラス基板、車載用FCBGA、UTCSP基板など、次世代半導体パッケージ基板技術などが披露されたという (出所:サムスン電機)

展示したのは、AIアクセラレータ向けの2.5Dパッケージ基板と2.1Dパッケージ基板、ガラス基板、車載用FCBGA、UTCSP(Ultra Thin Chip Scale Package)基板などで、AIおよびサーバーからデータセンター、モバイル、自動運転まで、高性能半導体向けパッケージ基板の適用範囲を広げる考えだ。

AI半導体の性能を左右するパッケージ基板

半導体パッケージ基板は、半導体チップとメインボードを接続し、電気信号や電力を伝える部品である。

生成AIの普及に伴ってAIアクセラレータやサーバーCPUの性能が向上し、高性能メモリの搭載量も増えており、パッケージ基板には単なる電気的な接続だけでなく、高速な信号伝送、安定した電力供給、低損失化、放熱などを支える役割も求められるようになっている。

その一方で複数の高性能チップを1つのパッケージへ統合するAI半導体では、基板の大面積化と多層化に加え、微細回路、マイクロビア、微細バンプの形成、部品の高精度な埋め込みなどが必要となる。

基板が大型化すると、製造時や半導体チップの実装時に反りが生じやすくなる。反りによってチップやインターポーザとの接続位置がずれれば、接続不良や歩留まり低下につながる可能性があるため、寸法安定性と平坦性も重要となる。

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  サムスン電機の先端パッケージング (出所:サムスン電機)

AIアクセラレータ向け2.5Dパッケージ基板を展示

サムスン電機は、AIアクセラレータ向け2.5Dパッケージ基板について、大面積・多層基板の反りを抑える技術、高速信号伝送技術、高密度接続技術をアピールしたという。

2.5Dパッケージでは、ロジック半導体やHBMなどの複数チップをシリコンインターポーザ上へ搭載し、その下にパッケージ基板を配置する。

AIアクセラレータと複数のHBMを近接配置することで、チップ間の配線距離を短くし、大量のデータを高速に転送できる。一方、搭載するチップ数の増加に伴ってパッケージの面積が拡大するため、パッケージ基板にも大型化と高い平坦性が求められる。

また、AI半導体の消費電力増加に対応するため、基板を介して安定した電力を供給しながら、信号損失やノイズを抑える必要がある。サムスン電機は、大面積化と多層化、微細回路形成、高密度接続を組み合わせることで次世代AIアクセラレータの性能向上を支援できると説明している。

シリコンインターポーザを使わない2.1Dを提案

2.1Dパッケージ基板技術は、シリコンインターポーザを用いず、複数の半導体チップをパッケージ基板上で直接接続する手法で、パッケージ基板上に微細な回路と高密度な接続構造を形成し、隣接するチップ間の信号伝送距離を短縮することを可能とする。シリコンインターポーザを省くことで、部品点数や製造工程、パッケージコストを抑えられる可能性もある。

ただし、シリコンインターポーザが担っていた微細配線や高密度接続をパッケージ基板側で実現する必要があるため、従来の有機パッケージ基板よりも微細な回路形成や、高精度な位置合わせが求められる。

サムスン電機は、微細回路と高密度接続に関する技術を活用し、AI半導体で必要となる高速・高密度なチップ間接続を実現する考えだ。

次世代パッケージに向けガラス基板技術を開発

次世代技術としては、ガラスをコア材に用いるパッケージ基板を展示した模様である。

従来の有機材料を用いたパッケージ基板と比べ、ガラスは剛性と寸法安定性に優れる。大型化した場合でも反りを抑えやすく、微細回路や多数のチップを高い精度で配置できる可能性がある。

また、基板の層数を減らしながら、信号特性や電力効率、熱特性を高める効果も期待されている。AI半導体の大型化と高集積化が進む中、基板の反りや信号損失、電力供給などの課題に対応する材料として開発が進められている。

今回の展示では、ガラス内部に微細な接続孔を形成して金属で充填する技術や、ガラス表面を高精度に加工する技術が紹介されたという。ガラス基板の実用化には、ガラスへの微細穴加工、金属配線の形成、異種材料間の接合、検査、量産時の取り扱いなど、製造工程全体の確立が必要となることから、同社では、そうした要素技術を蓄積し、将来のAI半導体向けパッケージ基板への適用を目指すとしている。

データセンターやモバイル向けにUTCSPを展開

データセンターやモバイル機器向けには、UTCSP(超薄型チップスケールパッケージ)基板の紹介を行ったという。

UTCSPは、基板中心部のコア層を省くコアレス構造を採用し、パッケージ基板の薄型化を図る技術である。微細なボンドフィンガー形成技術も組み合わせ、高密度実装と薄型化が求められる用途に対応する。

サムスン電機はこのほか、ノートPCやタブレット向けCPUなどに用いられるUTC(Ultra Thin Core)パッケージ基板や、スマートフォン向けのコパッケージ基板も展開している。データセンター分野では演算性能の向上に伴って実装密度や消費電力が高まり、パッケージの薄型化だけでなく、高速信号と電源の安定性も重要となっている一方、モバイル機器では、限られたスペースへ多数の半導体や電子部品を搭載するため、パッケージ基板の薄型化と微細化が求められるようになっている。

自動運転向けFCBGAでは高い信頼性を確保

このほか、自動運転向けに車載用FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array)基板を展示したとする。車載半導体は、車室内やエンジンルームなど温度変化が大きい環境で長期間使用されるため、パッケージ基板には大面積・多層化や微細回路に加え、高温、高湿度、繰り返される温度変化に耐える信頼性が必要となる。

自動運転や高度運転支援システムでは、複数のカメラやセンサから得た情報を処理する高性能な半導体が使用されるため、搭載するチップ数や入出力端子数も増加することから、複数チップを搭載する構造や高機能基板技術、信頼性を確保する技術を組み合わせ、自動運転向けパッケージ基板の競争力を強化していくことを目指すとしている。

なお、同社は今後も、大面積・多層化、超微細回路、次世代先端パッケージング技術の高度化を進めて行くことで、AIアクセラレータやサーバー、自動運転などに向けた高付加価値半導体パッケージ基板市場の開拓を進めていくとしている。