フロント＆バック工程の連携でAI半導体生産は加速するか？
生成AIの進展により文章・画像・動画の生成は容易になりましたが、その裏では応答生成に膨大な計算処理が行われています。こうした処理を支えるのが半導体であり、近年は汎用半導体に代わりAI処理に最適化された「AI半導体」が注目を集めています。AI半導体の製造には高精度な製造装置が不可欠であり、TDKは前工程で用いられる「ロードポート」および後工程の「フリップチップ実装システム」を提供することで製造プロセス全体を支援し、AIエコシステムの発展に寄与しています。
AIエコシステムにおける半導体製造装置
TDKはAI（人工知能）に関する幅広い製品や産業領域を「AIエコシステム」と定義しています。TDKの技術は、生成AIに不可欠なデータセンター内のAIサーバーやストレージをはじめ、ARグラス、スマートフォン、自動運転車など、さまざまなデバイスに活用されています。
この中で、生成AIのデータ処理という根幹を成す機能を担っているのが半導体で、その製造装置にもTDKの技術が活用されています。
AI発展の課題は「AI半導体」の製造技術の進化
近年は、AIの飛躍的な発展に伴って、従来の汎用性の高い半導体ではなく、「AI半導体*1」が注目されています。AI半導体とは、AIの演算処理に特化した半導体の総称です。「ChatGPT」などの生成AIは大量のデータを同時に高速処理するため、こうした性能に特化したAI半導体を使う必要が出てきました。そこで、それらを生み出す半導体製造装置にもさらなる進化が求められています。
半導体の製造工程は、大きく「前工程」と「後工程」の2つに分けられます。前工程は、主にシリコンウエハと呼ばれる薄い円盤の上に半導体の回路を形成するプロセスを指します。一方、後工程は、主にウエハをチップに切り分け、外部からの保護や配線を施して実装し、半導体を完成品に仕上げるプロセスです。
TDKは、電子部品の製造で培ったメカトロニクス*2技術を応用し、AI半導体製造の前工程と後工程において、それぞれ重要な役割を果たす最先端のFA機器を提供しています。FA機器とは、「Factory Automation」の略で、工場や生産ラインを自動化するための機器やシステムの総称です。
半導体製造をサポートするTDKのFA機器
ウエハの回路パターンの微細化を支える「ロードポート」のクリーン技術
AI半導体製造の前工程では、回路パターンの微細化が進んだことで、ウエハの汚染対策がこれまで以上に厳しく求められています。工場全体のクリーン度を高めるには大規模な設備投資が必要となるため、近年はウエハを密閉したFOUP（フープ：Front Opening Unified Pod）というポッドの内部に格納し、自動搬送する「ミニエンバイロンメント方式」 *3が主流です。このFOUP内のウエハを製造装置に出し入れする装置が「ロードポート」です。
TDKが開発したロードポート「TAS300」は、FOUP内部をクリーンな環境に保ったまま、ウエハを正確にコントロールして搬送します。電子部品の自動装着機などで培ったFA技術と、HDD用磁気ヘッドの製造に欠かせないクリーンルーム技術をベースに開発されました。SEMI *4準拠のFOUPにも対応し、半導体メーカーや半導体装置メーカーから高い評価を得ています。
ロードポート「TAS300」
2.5次元／3次元実装の実現をサポートする最新型「フリップチップ実装システム」
AI半導体製造の後工程では、前工程での回路形成の微細化が限界に近づいているため、実装技術の進化が求められています。半導体実装は、チップをプリント基板上に接続し電子機器として機能させる工程で、現在はチップを基板上に平面的に並べる「2次元実装」が主流です。
一方、「2.5次元／3次元実装 *5」は複数の半導体チップを基板上や積層構造で高密度に集積させることにより、さらなる高密度化や高速化、省スペース化を可能にする技術です。この高次元実装技術は、今後のAI半導体製造において最も望まれるキーテクノロジーのひとつとされています。
2次元実装と3次元実装の比較（イメージ）
フリップチップ実装システム「AFM18」
この2.5次元／3次元実装 に最適なのが、TDKが2024年に新開発したフリップチップ実装システム「AFM18」です。このシステムは、チップを反転（フリップ）させて表面の電極（バンプ）と基板を直接接合する装置で、「AFM18」は最大650mm角の大型基板に対応し、XY方向で±1μm、θ方向で0.01度という極めて高い精度での位置決めを実現しました。高い柔軟性と超高精度を兼ね備え、2.5次元／3次元実装の実現をサポートします。
前工程と後工程にわたるソリューションも提供
電子部品メーカーであるTDKは、「すぐれた製品は、すぐれた製造装置からつくられる」という考えのもと、独自工法の開発とともに、それを具現化するための生産技術も磨き続けてきました。この生産技術を活かして事業化したのがTDKのFA事業です。1976年の電子部品自動挿入機「アビサート」の開発以来、約50年にわたる歴史があり、常に生産現場のニーズを反映した製品を開発、提供してきました。これは、電子部品メーカーのTDKだからこそ可能なアプローチで、今後も半導体製造の課題を解決する機器を提供してまいります。
さらに、フリップチップ実装システム「AFM18」は、TDKのロードポートやEFEM *6との連携を前提として開発され、全自動のフリップチップ・ボンディングソリューションを構築することが可能です。これにより、AI半導体の生産性向上に寄与できます。TDKは、前工程と後工程にわたる幅広い知識/技術を世界に還元し、最先端半導体製造における未来を支えていきます。
TDKは、先進的なFA機器の提供を通じてAI半導体の製造装置の発展を支え、AIの可能性を広げていきます。ロードポート「TAS300」、フリップチップ実装システム「AFMシリーズ」に加えて、高精度ディスペンサーなどもラインアップ。詳細はプロダクトセンターをご覧ください。
用語集
- AI半導体：データの並列処理に優れるGPU（Graphics Processing Unit）、論理回路の構成をプログラムで変更できるFPGA（Field Programmable Gate Array）、AI処理専用チップ・ASIC（Application Specific Integrated Circuit）などが挙げられる。
- メカトロニクス：メカニクス（機械工学）」とエレクトロニクス（電子工学）を組み合わせた言葉で、電子の力で機械を制御する技術。
- ミニエンバイロンメント：半導体製造装置内でウエハなどを保護するための小型密閉空間。微粒子や汚染物質の侵入を防ぎ、クリーンな環境を維持する。
- SEMI：製品の互換性や安全性確保を目的とする、半導体製造装置やFA機器向けの国際標準規格。
- 2.5次元／3次元実装：2.5次元実装は複数チップを基板上で近接配置し、3次元実装はチップを積層することで、これまで以上の高密度化・高速化を実現する。
- EFEM：Equipment Front End Moduleの略。半導体製造プロセスにおいて、FOUPなどウエハを収納する容器と、プロセス装置の間でウエハの受け渡しを行う装置。
