シリコンサイクルの波が激しく揺れ動く現代において、半導体産業のパワーバランスが劇的に変化しています。
これまで半導体の進化といえば、回路をいかに細かく描くかという前工程の微細化が主役でした。
しかし、物理的な限界やコストの増大により、その進化のスピードに急ブレーキがかかっています。
そこで今、世界中の注目を集めているのが後工程と呼ばれるパッケージング技術です。
本記事では、かつて地味な裏方と見なされていた後工程がなぜ現代のコンピューティングを支える主役へと躍り出たのか、その核心に迫ります。
特に、旧日立化成の流れを汲むレゾナックを中心とした企業連合JOINT2の取り組みを軸に、日本の素材・装置メーカーがどのようにして世界最強の実装技術を築き上げようとしているのかを詳しく解説します。
この記事を読み終える頃には、次世代AIチップや高性能ガジェットの裏側で起きている技術革新の全貌が理解できるようになるはずです。
後工程が主役となった背景とJOINT2の定義
半導体製造は大きく分けて、シリコンウェハ上に回路を作る前工程と、出来上がったチップを切り出して保護し、基板に載せる後工程に分かれます。
長年、半導体の性能向上を牽引してきたのは前工程における微細化、いわゆるムーアの法則でした。
しかし、回路線幅が数ナノメートルという原子レベルに達したことで、リーク電流の増大や露光装置の天文学的な高価格化が課題となり、微細化だけで性能を向上させることが困難になっています。
ここで登場したのが、複数のチップを組み合わせて一つの巨大なチップのように機能させるチップレットという考え方と、それを実現するための高度なパッケージング技術です。
これがいわゆる「More than Moore（ムーアの法則を超えて）」と呼ばれる領域です。
後工程は単にチップを保護する箱作りではなく、チップ間の通信速度を高め、熱を逃がし、全体の性能を決定づける最重要プロセスへと変貌を遂げました。
この潮流の中で誕生したのがJOINT2（Jisso Open Innovation Network of Tomorrow 2）です。
これはレゾナック（旧昭和電工・旧日立化成）が中心となり、ディスコ、東京応化工業、TOWAなどの日本を代表する装置・材料メーカー12社以上が参画するコンソーシアムです。
JOINT2の目的は、次世代の半導体実装技術におけるオープンイノベーションです。
一社では解決できない複雑な課題に対し、各社の強みを持ち寄って研究開発を行う、まさに日本のお家芸である「擦り合わせ（すりあわせ）」を体現した組織といえます。
次世代パッケージングの具体的な仕組み
次世代の半導体実装、特に2.5次元（2.5D）や3次元（3D）実装と呼ばれる技術は、非常に複雑な構造を持っています。
ここでは、JOINT2が取り組んでいる主要な技術要素を、図解を読み解くように詳細に説明します。
チップレットとインターポーザーの役割
チップレット技術とは、CPUやGPU、メモリなどの機能を一つの大きなダイ（半導体の本体）に詰め込むのではなく、機能ごとに小さなチップ（チップレット）として製造し、後でパズルのように組み合わせる手法です。
これにより、良品率（歩留まり）が向上し、製造コストを抑えつつ巨大なシステムを構築できます。
このチップレット同士を高速に繋ぐ道路の役割を果たすのが、インターポーザーです。
通常、シリコン基板が用いられ、その中には微細な配線が張り巡らされています。
JOINT2では、このインターポーザーの大型化や高密度化に向けた材料開発と製造プロセスの最適化を行っています。
TSV（シリコン貫通電極）とハイブリッドボンディング
3D実装において、チップを垂直に積み重ねる際に不可欠なのがTSV（Through Silicon Via）です。
これはシリコンチップに垂直な穴を開け、そこに銅などの金属を充填して上下のチップを電気的に接続する技術です。
さらに、JOINT2が注力している次世代の接続手法にハイブリッドボンディングがあります。
これは、従来のハンダボール（バンプ）を使用せず、銅の配線層同士を直接接合する技術です。
これにより、接続端子の密度を飛躍的に高めることができ、データ転送速度の向上と低消費電力化を同時に実現します。
材料工学の極致：アンダーフィルと封止材
チップが高度化すればするほど、熱膨張による歪みや発熱の問題が深刻化します。
ここでレゾナックの強みが発揮されます。
チップと基板の隙間を埋めるアンダーフィルと呼ばれる液状樹脂や、チップ全体を保護する封止材（モールディングコンパウンド）は、単なるプラスチックではありません。
これらは、チップから発生する熱を効率よく逃がす高熱伝導性を持ちつつ、シリコンと基板の熱膨張差によるストレスを吸収する柔軟性も求められます。
JOINT2内では、材料メーカーと装置メーカーが密に連携し、これらの高度な材料を気泡なく、均一に注入・成形するための最適解を追求しています。
次世代パッケージング作業の具体的な流れ
JOINT2が目指すR&Dセンターでの開発プロセスを参考に、次世代パッケージができるまでのステップを追ってみましょう。
ステップ1：インターポーザーの形成
まず、チップを載せるための土台となるインターポーザーを作成します。
シリコンウェハ上に、再配線層（RDL）と呼ばれる非常に細かい回路を形成します。
ここでは東京応化工業などのフォトレジスト（感光材）技術や、微細な露光・エッチング装置が活躍します。
ステップ2：チップの薄化とダイシング
次に、回路が書き込まれたウェハを極限まで薄く削ります。これは積層した際の高さを抑えるためです。
ここで世界トップシェアを誇るディスコの研削（グラインディング）および切断（ダイシング）技術が投入されます。
チップを傷つけず、髪の毛の数分の一の厚さまで均一に仕上げる技術は、まさに芸術の域です。
ステップ3：フリップチップボンディングと積層
切り出されたチップを、インターポーザー上に精密に配置します。
フリップチップボンディングという手法では、チップを裏返しにして接合部を直接合わせます。
JOINT2では、これをナノメートル単位の精度で位置決めし、高速に接合する装置の開発を進めています。
多段積層の場合は、この工程を繰り返します。
ステップ4：アンダーフィル注入と成形
チップの接合が終わると、チップと基板のわずかな隙間に樹脂（アンダーフィル）を流し込みます。
毛細管現象を利用して隙間なく埋める手法や、あらかじめフィルム状の樹脂を貼っておく手法などがあります。
その後、パッケージ全体を樹脂で覆い固める「モールディング」を行います。
TOWAの圧縮成形技術などがここで重要な役割を果たします。
ステップ5：最終検査と信頼性試験
完成したパッケージが正しく動作するか、過酷な環境下で壊れないかをテストします。
微細化が進んだ後工程では、目に見えない欠陥が致命傷となります。
JOINT2では、最新の非破壊検査装置やシミュレーション技術を用いて、出荷前の品質を保証する体制を整えています。
最新の技術トレンドと将来性
半導体パッケージングの世界は、今この瞬間も進化を続けています。
JOINT2が描く未来図には、いくつかの重要なトレンドが含まれています。
2.1 光電融合（CPO）への対応
データセンターの消費電力増大が社会問題となる中、電気信号を光信号に変えてチップ間通信を行う光電融合技術が注目されています。Co-Packaged Optics（CPO）と呼ばれるこの技術では、半導体チップのすぐそばに光デバイスを実装する必要があります。JOINT2では、こうした光デバイスとシリコンチップを混載するための高精度な実装技術の開発にも視野を入れています。
2.2 サブスクリプション型R&Dの成功
JOINT2のユニークな点は、そのビジネスモデルにもあります。
顧客である世界中の半導体メーカー（ファブレス企業やIDM）が、JOINT2の設備を利用して試作開発を行うことができます。
自前で数千億円規模の設備を持つリスクを負わずに、日本の最先端の材料と装置の組み合わせを試せる場を提供することで、日本企業は世界標準（デファクトスタンダード）を握ろうとしています。
2.3 日本の「擦り合わせ」が再び世界を制する
前工程の微細化は、ASML（オランダ）の露光装置のような単一の巨大な装置の性能に依存する部分が大きくなっていました。
しかし、後工程の実装は、材料、切断、接合、成形といった多種多様なプロセスの最適化が不可欠です。
材料の化学反応と装置の機械的な動作を極限まで同調させる「合わせ込み」の技術は、垂直統合的な強みを持つ日本企業連合にとって非常に有利な土俵です。
よくある質問（FAQ）
Q1：なぜ「後工程」がこれまで注目されなかったのですか？
従来、後工程はチップを保護し、端子を基板に繋ぐだけの単純な作業と見なされていました。
チップ自体の性能（前工程）が毎年劇的に向上していたため、パッケージがボトルネックになることがなかったからです。
しかし、前工程の進化が鈍化したことで、パッケージ側で工夫を凝らして性能を稼ぐ必要が出てきたため、一気に脚光を浴びることとなりました。
Q2：JOINT2に参画している企業にはどのようなメリットがありますか？
各メーカーは自社製品だけでなく、他社の材料や装置との相性を事前に検証できます。
例えば、レゾナックの新しい樹脂がディスコの切断装置でどう挙動するかを共同で研究することで、顧客に対して「この装置とこの材料の組み合わせなら完璧に動作する」というソリューションをセットで提案できるようになります。
これが個別撃破されないための大きな武器になります。
Q3：私たちの生活にどのような影響がありますか？
この技術が進むことで、スマートフォンはさらに薄く、かつ高性能になります。
また、生成AIなどの膨大な計算を必要とするサービスが、より高速で省エネに提供されるようになります。
自動運転車に必要な高度な推論チップなども、JOINT2が開発するような高密度実装技術なしには実現不可能です。
Q4：海外勢（TSMCやIntelなど）との関係はどうなっていますか？
TSMCやIntel自身も独自の後工程技術（CoWoSやFoverosなど）を持っていますが、彼らがその技術を実現するためには、日本製の優れた材料や装置が不可欠です。
JOINT2は彼らと競合するだけでなく、むしろ彼らにとって欠かせないパートナーとして、次世代の技術基盤を提供する存在となっています。
まとめ
半導体の主役が前工程から後工程へとシフトするパラダイムシフトの中で、レゾナック率いるJOINT2は、日本の産業界が再び世界で圧倒的な存在感を示すための鍵を握っています。
シリコンの物理的な限界を、高度なパッケージングという知恵と技術で乗り越えていく。
そこには、単なる製造業の枠を超えた、材料工学と精密機械工学の結晶があります。
かつては地味な裏方だった後工程は、今やデジタル社会の進化を左右する最前線となりました。
JOINT2という枠組みを通じて、日本企業がバラバラではなく一つのチームとして世界の難題に挑む姿は、今後の製造業のあり方を示す重要なモデルケースとなるでしょう。
私たちの手の中にあるデバイスの裏側に、こうしたドラマチックな技術の融合があることを知ると、テクノロジーの未来がより一層楽しみになるのではないでしょうか。
