エレファンテック、次世代半導体パッケージ向けガラスビア用
銅ナノペースト SAphire™ Gを開発 高AR TGVへの低収縮で高耐久な導体形成を実現、次世代パッケージの普及に貢献

• ダウンロード

背景

AIアクセラレータ等の高性能化に伴い、半導体パッケージの高密度化・大型化が加速しています。従来の有機基板では、大型化に伴う熱での「反り」や、表面の粗さに起因する微細配線の形成限界といった物理的な課題が顕在化しています。これに対し、シリコンチップに近い熱膨張係数（CTE）と極めて高い表面平滑性を持つガラス基板は、次世代パッケージの有力な土台として期待されています。低誘電損失という特性から高周波信号の伝送効率向上に寄与するほか、将来の光電融合（CPO）技術との親和性も高く、業界から強い注目を集めています。
しかし、その実用化には基板の表裏を電気的に接続する「TGV（ガラス貫通ビア）」の導通形成が不可欠です。特に高密度化に伴う高ARビアへの対応は、信頼性とコストの両面で業界全体の大きなボトルネックとなっており、解決に向けた革新的な手法が強く求められています。

業界におけるTGV導通形成プロセスの検討状況と技術課題

次世代のAI/HPC向けパッケージにおけるTGVの導通形成手法としては、主に「電解めっき（ECP）」と「ペーストフィル」の2つのアプローチが検討されています。しかし、高密度化に伴う高アスペクト比（AR）ビアへの対応において、いずれの手法も量産化に向けた大きな課題を抱えています。

電解めっき法は、低抵抗な導通形成が可能であるという利点を持つ一方、微細化が進む高ARビアの深部まで均一に金属を析出させることが困難であり、ビア奥部への充填不足が導通信頼性を損なう大きな要因となっています。また、数時間単位の長タクトや継続的な液管理が必要という課題も指摘されています。

一方、プロセスが簡便なペーストフィル手法への期待も高まっていますが、既存材料では新たな壁が存在します。一般的な金属焼結ペーストは焼結時の体積収縮が大きく、ビア内に充填したペーストを焼結する過程でボイド（空隙）や隙間が発生しやすいため、高AR環境下での信頼性確保が困難です。また、金属焼結ペーストの中で比較的先行してきた銀（Ag）系材料は銅の約60倍という極めて高い材料コストが量産採用の大きな障壁となってきました。このように、性能・信頼性・コストのすべてを高い次元で両立する革新的な材料が強く求められています。

SAphire™ Gの概要

当社の銅ナノペーストSAphire™シリーズは、15nmクラスの銅ナノ粒子がミクロンサイズの銅粒子表面に自己組織的に吸着し、全体が大きなナノ粒子として機能する独自の「SA-CuNP技術」を基盤としています 。この独自メカニズムにより、ナノ粒子含有量を約10 wt%に抑えつつ優れた低温焼結性を実現。さらに有機分散剤を1 wt%未満まで低減することで、焼結後の不純物残存を最小限に留めています。

新製品「SAphire™ G」は、この技術をTGVフィル用途に最適化した製品です 。ナノ粒子が少ないことで硬化収縮を大幅に抑え、次世代パッケージが求める高ARビアへのボイドやクラックを抑制した導体形成を実現しました。

本技術の優位性

今後の展開

現在「SAphire™ G」は、次世代パッケージの量産化を目指す国内外の基板メーカーやガラスパネルメーカー、および先端パッケージメーカー各社との共同評価フェーズにあります。今後は、AI/HPC向けのガラスコア基板やCPO（Co-Packaged Optics）向けガラスインターポーザー市場をターゲットに、実用化に向けた信頼性検証を加速させてまいります。当社は「Nanomaterials Powering AI Computing」をキーワードに、独自のナノマテリアル技術を通じてAI時代の半導体パッケージ課題の解決に貢献してまいります。