シリコンインターポーザーとは 露光3.3回分まで広がったシリコンの中継板
シリコンインターポーザーは、GPUとHBMのように複数のチップを並べて細かい配線でつなぐ、シリコン製の中継の板です。TSMCは2023年に、露光1回分(約830mm2)の3.3倍の大きさまでを量産に使える形にしました。
- シリコンインターポーザーは、チップとパッケージ基板の間に入れる、シリコン製の配線の板です。
- ウエハーに貫通電極(TSV)と再配線層を作り、上にGPUやHBMを並べます。
- TSMCは2023年、CoWoS-Sのシリコンインターポーザーを露光1回分の3.3倍まで量産に使える形にしました。
- それより大きい品は、小さなシリコン片を樹脂の中に並べるCoWoS-Lに移っています。
シリコンインターポーザーは、複数のチップを横に並べ、チップどうしを細かい配線で結ぶためのシリコンの板です。パッケージ基板の配線では通せない本数の線を、チップのすぐ下に引けます。AI向けのGPUとHBMをつなぐTSMCの「CoWoS-S」が代表例です。
ウエハーに穴を開け、配線を重ねる
レゾナックが2026年1月に公開した解説によると、作り方は次の順です。シリコンのウエハーにCVDで絶縁の膜を付け、エッチングで縦の穴を開けて銅めっきで埋めます。これがTSV(シリコン貫通電極)です。表と裏に再配線層を作り、裏面を薄く削ってTSVの先を出します。最後に上面に、マイクロバンプ用の小さな電極を並べます。
この板にロジックのチップやHBMをフリップチップで載せ、すき間をアンダーフィルで埋めます。板ごと有機のパッケージ基板に載せれば、CoWoSの形になります。
露光1回分の大きさを超えて広がる
半導体の露光装置が1回で焼ける範囲(レチクル)は約830mm2です。インターポーザーはこの範囲を何回分も継ぎ足して作ります。TSMCの技術の説明では、2012年の米ザイリンクスのFPGA(7V2000T)が、この方式を使った最初の顧客の製品として載っています。
| 時期 | 中身 | 大きさ |
|---|---|---|
| 2019年 | 7nmのGPU、HBM2を4個 | レチクル1倍 |
| 2023年量産 | CoWoS-S(シリコンインターポーザー) | 最大3.3倍 |
| 2026年4月時点 | CoWoSを生産中 | 5.5倍 |
| 2027年量産予定 | HBMを12個以上 | 9.5倍 |
| 2028年生産予定 | 演算チップ約10個とHBM20個 | 14倍 |
3.3倍は約2,740mm2に当たります(計算)。TSMCは、3.3倍を超える大きさでは、小さなシリコンの配線片(LSI)を並べ直したCoWoS-Lに切り替えるとしており、その初代は2024年に量産に入りました。
大きくなるほど、ウエハー1枚から取れる数が減る
丸いウエハーから大きな四角を切り出すと、1枚から取れる数が減ります。レゾナックは、インターポーザーの大型化にともない、シリコンから有機材料のインターポーザーへの移行が進んでいると説明しています。同社が2025年9月に立ち上げた27社の共同の開発の枠組み「JOINT3」は、515×510mmの四角いパネルで有機インターポーザーを作る試作ラインを2026年に動かす計画です。
TSMCは2026年11月10日の取締役会で、先端パッケージを含む生産能力の増強などに約409億ドルの予算を承認しました。先端パッケージ分の金額は分けて示していません。
関連する用語
- 有機インターポーザー:シリコンの代わりに樹脂の絶縁材と銅配線で作る中継の板。
- 2.5次元実装:インターポーザーの上にチップを横に並べる実装。
- TSV:シリコンを上下に貫く銅の電極。HBMの積み重ねにも使います。
- CoWoS(TSMC、2026年11月時点)
- 2023 Business Overview(TSMC、2024年)
- TSMC Unveils Next-Generation A14 Process at North America Technology Symposium(TSMC、2025年4月24日)
- TSMC Debuts A13 Technology at 2026 North America Technology Symposium(TSMC、2026年4月23日)
- 取締役会の決議(TSMC、2026年11月10日、SEC Form 6-K)
- 先端半導体パッケージの製造プロセスと使用される材料(レゾナック、2026年1月23日)
- 次世代半導体パッケージのコンソーシアム27社で「JOINT3」設立(レゾナック、2025年9月3日)
この記事は公開資料をもとに作成しています。売買をすすめるものではありません。誤りを見つけたら訂正します(編集方針)。
関連する記事
有機インターポーザーとは レゾナックなど27社が515×510mmのパネルで試作へ
有機インターポーザーは、樹脂の絶縁材と銅の配線でチップどうしをつなぐ中継の板です。レゾナックは2025年9月、27社で515×510mmのパネルを使う試作ラインを作る枠組み「JOINT3」を立ち上げました。
2.5次元実装とは TSMCは2028年に露光14回分の大きさへ
2.5次元実装は、GPUとHBMのような複数のチップを横に並べ、下に敷いた中継の板の細かい配線でつなぐ方式です。TSMCは2026年4月時点で露光5.5回分の大きさのCoWoSを生産しており、2028年には14回分に広げる計画です。
パッケージ基板とは AI向けは2026年に90mm角、配線は10-X-10層に
パッケージ基板は、チップの細かい端子を、機器のプリント基板の太い端子に広げてつなぐ土台の板です。イビデンは、AI向けの基板の大きさが2025年の80mm角から2030年以降は130mm角を超えると見ています。
建設のリードタイムとは TSMC熊本は着工から開所まで約1年10か月、アリゾナは発表から量産まで約4年半
建設のリードタイムとは、工場やデータセンターの着工から稼働までにかかる時間です。TSMCの熊本の第1工場は2022年4月に着工し、2024年2月に開所式を開きました。