JOINT3でのメックの役割　メックはどのような企業なのか？銅の表面処理剤とは何か？

この記事で分かること

JOINT3でのメックの役割

　レゾナックや東京エレクトロンなど国内外の27社が、AI半導体向け新基板開発を目的としたコンソーシアム「JOINT3」を設立しました。この取り組みは、AIや自動運転といった次世代半導体の性能向上に不可欠な、後工程の技術開発を加速させることを目指しています。

　https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC215BA0R20C25A8000000/

　AI半導体は、膨大なデータを高速で処理するため、複数のチップを一つのパッケージにまとめて実装する2.5Dパッケージやチップレットと呼ばれる技術が主流になりつつあります。この技術において、チップ同士をつなぐ役割を果たすのがインターポーザーです。

　今回はJOINT3のMEC、メック株式会社に関する記事です。

メック株式会社はどのような企業か

　メック株式会社は、電子基板や電子部品の製造に不可欠な工業用化学薬品を開発・製造・販売している日本の化学メーカーです。特に、半導体パッケージ基板の製造工程で使用される「銅の表面処理剤」に強みを持っており、世界的に高い市場シェアを誇る研究開発型企業です。

主な特徴

• 事業内容: スマートフォンやPC、自動車の電装品などに使われる電子基板の製造に不可欠な薬品を提供しています。主力製品である「CZシリーズ」は、銅と樹脂の密着性を高めるための表面処理剤で、同社の売上の中核を占めています。
• 研究開発: 従業員の約3分の1が研究開発に携わっており、「界面（物質と物質の境界）」に高い価値を創造する技術を強みとしています。
• 企業理念: 社名であるMECは、「Machinery（機械）」「Electronics（電子）」「Chemistry（化学）」を融合させて新しい価値を生み出すという考えに基づいています。

　最近の動向としては、生成AI関連など、先端半導体パッケージ基板向け製品の需要増加を背景に、業績が好調に推移しています。

銅の表面処理剤とは何か

　銅の表面処理剤とは、電子基板や半導体パッケージの製造において、銅の表面に化学的な処理を施すための薬品のことです。

　この薬剤を使用する主な目的は、銅と、その上に積層される樹脂やレジストなどの材料との密着性を高めることです。

銅の表面処理剤の働き

1. 物理的な密着性の向上: 表面処理剤が銅の表面をナノレベルで精密にエッチングし、微細な凹凸（アンカー）を形成します。これにより、後から積層される樹脂がこの凹凸に深く入り込み、剥がれにくい強力な物理的結合が生まれます。
2. 化学的な密着性の向上: 銅の表面に特定の有機被膜を形成させ、銅と樹脂の両方と化学的に結合する「橋渡し役」の役割を果たします。これにより、物理的な結合と相まって、熱や湿気に対する耐久性が高い強固な密着が実現します。

用途1. ビルドアップ基板の製造

　多層の電子基板を製造する際に、銅箔の上に絶縁性の樹脂（ビルドアップ樹脂）を積層する前に、銅表面にメックの表面処理剤を適用します。これにより、次の層の樹脂がしっかりと接着し、基板全体の信頼性を高めます。

用途2. ドライフィルムやソルダーレジストの接着

　配線パターンの形成に使われるドライフィルムや、半田付け部分以外を保護するソルダーレジストを貼る（または塗る）際にも、同様に銅表面を処理することで、これらの材料の剥離を防ぎ、回路の精度と信頼性を保ちます。

微細なレベルでエッチングする方法は

　メックの表面処理剤は、「有機酸系マイクロエッチング剤」の力で、銅表面を非常に微細なレベルでエッチングします。このプロセスは、単純に銅を溶かすのではなく、緻密に制御された化学反応を利用して、ナノスケールの凹凸を形成します。

具体的には、以下のような原理でエッチングが行われます。

1. 銅表面の洗浄: まず、専用の前処理剤を用いて、銅表面の酸化物や指紋などの不純物を極めて軽微なエッチングで除去します。これにより、主となるエッチング剤の性能を最大限に引き出せるよう、銅表面をクリーンな状態にします。
2. ナノレベルでの凹凸形成: 次に、主剤である有機酸系のエッチング液が、銅の結晶粒界などに沿って選択的に作用します。これにより、銅の表面全体に均一かつ微細な凹凸が形成されます。この凹凸は、樹脂が入り込むための物理的な「アンカー（いかり）」となり、強力な接着力を生み出します。
3. 有機被膜の形成: さらに、エッチングと同時に、銅の表面に特定の有機被膜を形成させます。この被膜は、銅と樹脂の両方と高い親和性を持ち、両者を化学的に結びつける役割を果たします。これにより、物理的な凹凸による密着性だけでなく、化学的な力も加わり、より強固な接着が実現します。

　このプロセスは、「銅をザラザラにする」というコンセプト（CZシリーズの名称の由来）に基づいています。微細な凹凸を精密に形成し、さらに化学的な結合を付加することで、次世代の超微細配線にも対応できる高い密着性を実現しています。

有機被膜はなぜ銅と樹脂の両方と高い親和性を持つのか

　有機被膜が銅と樹脂の両方と高い親和性を持つのは、異なる性質を持つ両方の材料と化学的に結合できる「官能基」を分子内に持っているからです。

　これは、有機被膜が銅と反応する部分と、樹脂と反応する部分を分子の両端に持っているためです。

1. 銅との親和性

有機被膜の分子には、金属と結合しやすい官能基（例：アミノ基、チオール基など）が含まれています。この部分が銅表面の原子と化学的に反応し、強固な結合を形成します。これにより、被膜が銅にしっかりと固定されます。

2. 樹脂との親和性

　一方で、同じ有機被膜の分子には、樹脂（ポリマー）と結合しやすい官能基（例：カルボキシル基、水酸基など）も含まれています。この部分が、樹脂の主鎖や末端にある官能基と反応し、共有結合や水素結合などの化学結合を形成します。これにより、樹脂が被膜に強固に接着します。

　このように、有機被膜は、銅と樹脂という全く異なる材料を「分子の橋」として結びつける役割を果たすことで、物理的な凹凸による密着性（アンカー効果）に加えて、化学的な結合による強固な接着を実現し、全体的な密着強度と信頼性を飛躍的に向上させています。

JOINT3で必要な銅表面処理剤の性能は何か

　パネルレベル有機インターポーザーに求められる銅表面処理剤の性能は、主に高密度化と大面積化に対応するためのものです。

1. 高密度化への対応

• 超微細配線での高密着性: パッケージの高性能化に伴い、配線のL/S（線幅/線間）は2μm以下にまで微細化しています。この超微細な銅配線と樹脂の剥離を防ぐため、銅表面の凹凸をナノレベルで精密に制御し、高い密着強度を安定して確保することが求められます。
• 低伝送損失: 高周波の信号を正確に伝えるため、銅表面の粗さを極力抑え、信号の伝送ロスを低減させる性能が必要です。従来の表面処理に代わり、より平滑な表面を形成する技術が求められています。

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2. 大面積化への対応

• 均一な処理: パネルレベル（約515mm x 510mm）という大面積の基板全体に、均一な表面処理を行うことが不可欠です。処理ムラがあると、配線形成不良や基板の反り、剥離の原因となるため、均一性を保つための高度なプロセス管理が求められます。
• 低反り化: 大面積化に伴い、銅と樹脂の熱膨張係数の違いによる「反り」の問題が顕在化します。表面処理剤は、製造プロセス全体を通じて応力バランスを最適化し、反りを最小限に抑える性能が求められます。

　これらの性能は、JOINT3コンソーシアムが目指す次世代半導体パッケージング技術の実現に不可欠な要素であり、メック株式会社が強みとする技術領域です。