半導体の“積む時代”に挑戦　パナソニックHDがハイブリッドボンディング装置を開発

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2025.12.02

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パナソニックホールディングスは、AI向け半導体の生産を支える新しい半導体製造装置の開発に乗り出した。複数のチップを積み重ねる先端パッケージに対応したもので、ハイブリッドボンディング技術を採用し、2.5D/3D実装に使える装置を2027年の市場投入を目指している。AIサーバー需要が急拡大するなか、日本の装置メーカーはどこで存在感を示せるのかという問いが、製造現場の静かな緊張とともに浮かび上がる。

AIサーバー特需が突きつける“後工程”のボトルネック

生成AIの普及で、GPUやHBMメモリなどAI半導体への投資が世界中で加速している。演算性能を高めるためには、チップを横に広げるのではなく、2.5D/3Dパッケージで立体的に組み合わせることが重要になってきた。こうした先端パッケージは、高速・低消費電力を実現できる一方で、対応できる製造ラインや装置が限られ、供給能力がネックになり始めていると各種調査でも指摘されている。

パッケージ工程では、切り出したチップを基板に実装するダイボンディングなど、多数のプロセスが連なる。近年はチップや基板の薄型化が進み、従来のはんだバンプとリフローを組み合わせる工法では反りや接続不良が起きやすく、生産性と歩留まりの両立が課題となっている。パナソニックグループも既に超音波接合を使った高精度フリップチップボンダーを展開しており、先端パッケージ向けの実装精度向上を訴えている。

今回新たに開発するハイブリッドボンディング対応装置は、こうした課題をさらに一歩進めて解決しようとする試みだ。ロジックとメモリなど異なるチップを密着させて積層できれば、AIサーバーの処理効率を一段と高められる。生産現場では、2027年の量産対応に向けて、どのタイミングで新世代の装置に切り替えるかという投資判断が問われ始めている。

日本勢が狙う「先端パッケージング」のニッチ

EY Japanなどの分析では、先端パッケージングは日本がまだ巻き返しを狙える領域の1つとされる。国内には材料や製造装置で競争力のある企業が多い一方、2.5D/3Dパッケージを量産する専業の組立メーカーは乏しく、付加価値の大半が海外で生まれているとの指摘もある。パナソニックHDがハイブリッドボンディング装置を打ち出す背景には、装置サプライヤーとしてこの空白を埋め、国内の技術基盤を厚くしたいという狙いもにじむ。

他方で、海外ではTSMCやIntel、Samsungなどの大手ファウンドリが自社の先端パッケージラインに巨額投資を続け、AI向けGPU用の2.5Dパッケージでは供給能力の拡充が追い付かないほどだと報じられている。日本でも、ヤマハ発動機のロボティクス事業などが後工程装置やハイブリッド接合の研究開発を進めており、チップ実装や検査の自動化に向けた動きが広がる。先端パッケージ向け装置は、こうした国内外プレーヤーを結ぶインフラとしての性格も強い。

日本企業がこのニッチで存在感を高めるには、単に装置を供給するだけでなく、材料メーカーや研究コンソーシアムと連携し、量産プロセスそのものを一緒に作り込む姿勢が欠かせない。実際、レゾナックや大学、装置メーカーが参加する共同研究枠組みでは、次世代パッケージの標準化や試作ライン整備が進んでいる。パナソニックHDの新装置も、そのような協調の中で使いこなされて初めて、AI半導体ブームを国内産業の底力につなげる装置になりうる。

ハイブリッドボンディングが変える設計と投資の分岐点

ハイブリッドボンディングは、金属配線や絶縁膜を直接接合し、従来よりはるかに細かいピッチでチップ同士をつなぐ技術だ。信号の距離や抵抗を抑えられるため、3Dスタック化したチップでも高速かつ省電力な通信が可能になる一方、表面の平坦度管理やプロセス条件の最適化など、量産上のハードルも高いとされる。装置メーカーには、高精度な位置合わせと安定した接合品質を両立させる制御技術が求められる。

ベルギーの研究機関imecなどは、3D実装では回路設計と製造プロセスを一体で最適化する「協調設計」が不可欠だと指摘している。 2027年頃には、AI向けプロセッサや車載用高性能チップでも、ハイブリッドボンディング前提の設計が本格化している可能性がある。そのとき、装置側がどこまで細かいパターンや多様な材料に対応できるかが、設計者の自由度と製品の差別化余地を左右する。

今回のパナソニックHDの開発は、日本発の装置技術でこの潮流に食い込もうとする一歩だが、単独ではエコシステムの空白を埋めきれない。巨額の設備投資を誰がどの地域で負担し、どの程度まで国内に工程を引き戻すのかという判断が今後数年の分岐点になるだろう。先端パッケージングをめぐる静かな装置投資の競争は、日本の半導体産業がどこまで自前の強みを取り戻せるかを映す鏡になりつつある。