この記事で分かること

半導体パッケージ基板：ABF

　パッケージ基板とは、半導体チップ（ダイ）を載せ、マザーボードなどのメイン基板に接続するための中継基板のことです。半導体チップは非常に微細な端子を持ち、そのまま一般的なプリント基板（PCB）に直接実装することは極めて困難です。

　そこでチップとマザーボードの間に介在し、電気信号を橋渡しする役割を持つのがパッケージ基板です。

　従来の半導体の微細化による性能向上が限界に近づく中、半導体の先端パッケージング技術であるビルドアップ多層構造による高密度・微細配線が求められ、半導体性能向上の新たな競争軸となっています。

　前回は低粗化タイプがどのように密着性を向上するのかに関する記事でしたが、今回はビルドアップ層に使われるABFに関する記事となります。

ABFとは何か

　ABF（Ajinomoto Build-up Film：味の素ビルドアップフィルム）は、味の素グループ（味の素ファインテクノ）が開発した、パソコンやサーバーなどの高性能半導体（CPUやGPU）のパッケージ基板に使われる薄膜状の層間絶縁材料です。

　世界の主要なPC・サーバー向けCPU/GPUの基板用絶縁材においてほぼ100%のシェアを誇り、現代のIT社会やAI技術を支える不可欠な素材となっています。

パッケージ基板におけるABFの役割

　半導体（シリコンチップ）内部の回路はナノメートル単位の超微細構造ですが、それを取り付けるマザーボード（プリント基板）の配線はミリメートル単位です。この大きなスケール差を埋めるため、間をつなぐ「パッケージ基板（サブストレート）」が必要です。

　パッケージ基板の中には、銅の配線層と絶縁層が幾重にも積み重ねられた多層構造（ビルドアップ構造）が作られています。ABFはこの銅配線同士がショートしないように分ける「絶縁層」として挟み込まれています。

なぜABFが画期的だったのか（イノベーション）

1. 製造工程の大幅な簡略化
   • 従来は液体の絶縁塗料を「塗って乾かす」工程を両面に繰り返す必要があり、品質の偏りや長い製造時間が課題でした。ABFは最初からフィルム（膜状）になっているため、基板に「貼る」だけで均一な絶縁膜を一度に作ることができます。
2. ナノレベルの微細加工性
   • レーザーを照射することで、数〜数十ミクロンレベルの極小な穴（ビアホール）を高速かつ高精度に開けることができ、さらに表面へのメッキ処理による超微細な銅配線形成にも適しています。
3. 熱変化に強い（低い熱膨張率）
   • 半導体チップは発熱により膨張・収縮します。エポキシ樹脂に無機微粒子（フィラー）を配合した独自技術により熱による変形を抑え、基板の反りや配線断線を防ぐクッションの役割を果たします。

主な仕様と用途

項目	内容
開発元	味の素ファインテクノ株式会社
主な用途	PC・サーバー・データセンター用CPU、GPU、AIアクセラレータ、自動車用ECU基板など
膜厚	1層あたり約 20〜30 μm
技術的強み	耐熱性、低熱膨張率、レーザー加工性、銅メッキ密着性

　NVIDIAやAMD、Intelなどの主要半導体メーカーが作る最先端チップの多くは、このABFがなければ基板として組み立てることができないほどの基幹材料となっています。

なぜ最初からフィルム状で形成できるのか

　ABFが最初からフィルム状で供給・成形できる理由は、高度な樹脂配合化学（アミノ酸研究由来の技術）と、材料を「Bステージ（半硬化状態）」でコントロールするプロセス技術の組み合わせにあります。

1. 樹脂を「Bステージ（半硬化状態）」で止める技術

　ABFは、工場で液状の樹脂をあらかじめフィルム加工してから出荷されています。

• 液状樹脂の塗工・乾燥：エポキシ樹脂・硬化剤・微細な無機フィラー（シリカ等の微粒子）を溶剤に溶かした液（スラリー）を、高度な塗工技術で均一な厚みに塗布します。
• 半硬化処理：加熱して溶剤を飛ばし、樹脂の化学反応を「固まる一歩手前（Bステージ）」で意図的に停止させます。
• これにより、常温ではベタつかずシート状を保てる一方、基板に貼り付けて熱を加えると再び少し溶けて凹凸に密着し、最終的に完全硬化（Cステージ）するという性質を持たせることができます。

2. アミノ酸研究で培った「不均一素材の均一分散・成膜技術」

　単にエポキシ樹脂を乾かすだけでは、フィルム化するときに割れてしまったり、熱膨張を防ぐための大量の無機フィラー（固形微粒子）を入れることでボロボロになったりします。

　味の素はアミノ酸誘導体の化学合成やバイオ技術で培ったノウハウを活かし、以下の配合を実現しました。

• 高濃度フィラーのナノ分散：熱膨張を抑える無機微粒子を、樹脂の中に沈殿・凝集させず均一に混ぜ合わせる技術。
• 柔軟性を与えるバインダーポリマーの添加：硬いエポキシ樹脂に適切な柔軟性を与え、折り曲げても割れない「フィルムとしての強度」を維持する技術。

3. キャリア（支持）フィルムによる多層構造

　ABF自体はわずか20〜30μm（ミリの100分の2〜3）という極薄で繊細な膜です。そのため、単体ではなく「保護フィルム（PETフィルム等）に挟まれた3層構造」で製造・出荷されます。

• ロール状に巻いても自分同士がくっつかない。
• 　基板製造装置（ラミネーター）にセットし、片面の保護フィルムを剥がしながら基板へ圧着できるため、破れずに高精度な薄膜転写が可能になります。

なぜアミノ酸誘導体の化学合成からABFが生まれたのか

　うまれた背景には、「アミノ酸の化学構造」と「食品製造で培った合成・配合技術の有効活用」という明確な技術的・歴史的つながりがあります。

1. アミノ酸と「エポキシ樹脂」の相性（1970年代）

　アミノ酸の分子構造には、窒素を含む「アミノ基（-NH2）」が存在します。このアミノ基は、工業用接着剤や基板に使われるエポキシ樹脂と非常に反応しやすいという化学的性質を持っています。

　味の素は、うま味調味料（グルタミン酸ナトリウム）の製造過程で得られる副産物やアミノ酸の新しい用途を開拓する研究の中で、アミノ酸誘導体がエポキシ樹脂を固める「硬化剤（硬化促進剤）」として極めて優秀であることを見出しました。

2. 樹脂配合と硬化制御技術の蓄積（1980年代）

　アミノ酸誘導体を使ったエポキシ樹脂用硬化剤（商品名：アミキュア等）の開発を通じて、同社の研究部門に以下の高度なノウハウが蓄積されました。

• 温度応答型の硬化制御：「常温では固まらず安定保存でき、特定の温度に加熱したときだけ素早く固まる（潜在性硬化）」技術。
• 均一分散技術：樹脂の中に無機微粒子（シリカ等）をダマにならず均一に混ぜ合わせ、熱膨張を防ぐ技術。

3. 半導体業界の悩みと「フィルム化」の結びつき（1990年代）

　1990年代当時、半導体基板の絶縁層は液体の「インク」を塗工するのが主流でした。しかし、塗る際の厚みのムラ、液だれ、気泡の混入といった課題に業界全体が頭を悩ませていました。

　1996年、味の素の研究チームは「アミノ酸応用で培ったエポキシ樹脂配合技術を使えば、液体インクではなく、最初から均一な厚みに整えた『薄いシート状の絶縁材』が作れるのではないか」と着想しました。

　こうして、「加熱すると適度に溶けて微細な凹凸を隙間なく埋め、そのまま完全硬化する」熱硬化性フィルム（ABF）が1999年に実用化され、半導体業界のデファクトスタンダードとなりました。

　調味料の主成分である「アミノ酸」の化学反応研究が、エポキシ樹脂を自在にコントロールする技術へ発展し、それが「液体の塗布ムラに悩んでいた半導体業界」の切実な課題と結びついたことでABFが誕生しました。