半導体パッケージのガラス基板

近年、AIのデータ処理や高速通信などに用いる半導体の基板として注目されているのが、ガラス基板です。本記事では、ガラス基板の需要が増加している理由や半導体パッケージに使用するメリットなどを解説します。

半導体パッケージのガラス基板とは？

半導体パッケージのガラス基板とは、半導体パッケージ内部でチップを支えるガラス素材の基板を指します。ここでは、近年になって需要が増加している理由や課題について解説します。

需要増加の理由

半導体パッケージのガラス基板の需要が増加している理由の一つは、AI半導体の高性能化です。生成AIやHPC（ハイパフォーマンス・コンピューティング）では、瞬時に膨大なデータの処理が求められます。従来の樹脂基板では、高速通信時に電気信号の損失が大きいことが課題でした。ガラス基板であれば信号劣化を抑えやすく、高速データ転送に適していることから需要が高まっています。

また、機能ごとに半導体チップを分割して組み合わせる設計（チップレット構造）の普及も、ガラス基板の需要増加の理由です。性能向上のためにチップレット構造による大型化や搭載数の増加が進んでいますが、ガラス基板であれば大型化しても変形しにくいため需要が増加しています。

課題

樹脂と比較してガラスはもろいことから、基板が割れたり欠けたりするリスクがガラス基板の課題です。製造中に破損した場合は、歩留まりが低下します。

また、ガラス表面部分に小さな傷ができただけでも断線やショートの原因になることがあるため、管理や取り扱いの難易度が高い点も課題です。微細加工にコストがかかり、高精度加工には専用設備が求められます。

半導体パッケージにガラス基板を使用するメリット

通信速度が速い

ガラス基板は樹脂基板と比較して信号損失が少ないため、高速通信との相性がよい点がメリットです。樹脂基板は高周波通信時に電気信号が劣化しますが、ガラス基板は絶縁性が高いことから電気信号の損失を抑えられます。

耐熱性が高い

樹脂基板であれば反りや歪みが生じる温度であっても、ガラス基板なら比較的耐えられます。熱による伸び縮みのしやすさを示す熱膨張係数が、耐熱性を持つシリコンに近いためです。高温環境でも性能を維持しやすいため、発熱量の多いデバイスにも対応できます。熱伝導性が高く、放熱性に優れている点もメリットです。

剛性が高い

ガラスは、剛性（力を加えた際にどれだけ変形しにくいかを示す性質）が樹脂よりも高い素材です。ガラス基板にも変形により配線のズレが発生することがありますが、樹脂基板よりもリスクを抑えられます。

まとめ

ガラス基板はAIや高速通信に対応できることに加え、耐熱性・剛性に優れていることから需要が増加しています。従来の樹脂基板では難しかった大型化に向いているのも特徴です。一方で、壊れやすさやコスト増加など量産化の課題です。量産技術が確立されていけば、普及率の増加が予想されます。