この記事で分かること
- PLPとは：半導体チップのパッケージング技術です。従来の円形ウェーハではなく、大型の長方形パネル基板を用いて、多数のチップを一度に処理することで、面積利用効率を高め、製造コストを大幅に削減します。
- これまで円形で製造していた理由：円形のシリコン結晶がCZ法で自然に成長するため、チップ製造は今後も円形ウエハが使用されます。パッケージの工程はウエハの高低に合わせ、円形が主流でしたが製造コスト削減のため、PLPへの移行が進んでいます。
パッケージ工程のPLPへの移行
ディスコは以前からパネルレベルパッケージ（PLP）向けに大判ダイシングソー「DFD6310」（720mm × 610mmまで対応）をリリースしていましたが、さらに幅広い加工需要に応えるため、400mm角ワークまで対応可能なDFD6080を開発しています。
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/03415/120800001/?i_cid=nbpnxt_new_top_06
PLPは従来の半導体製造で使われていた円形のシリコンウェーハ ではなく、大型の長方形（パネル）基板を用いて、多数の半導体チップを一度にパッケージングする技術で製造コストを大幅に削減する技術として注目されています。
PLPとは何か
「PLP」とは、パネルレベルパッケージ（Panel Level Package）の略称で、半導体パッケージの製造技術の一つです。
従来の半導体製造で使われていた円形のシリコンウェーハ ではなく、大型の長方形（パネル）基板を用いて、多数の半導体チップを一度にパッケージングする技術を指します。
PLPの仕組みと特徴
1. 大型パネルの採用
- 基板サイズ: 液晶ディスプレイ（LCD）やプリント基板（PCB）製造で用いられるような、数百ミリ角（例: 600mm × 600mmなど）の大型で長方形のガラス基板や樹脂基板を基材として使用します。
- 目的: 一度に大量のチップを処理することで、製造効率を高めます。
2. RDL (再配線層) 形成
- 工程: この大型パネルの上に、半導体チップを並べ、その上から電気的な接続を行うための極めて微細な再配線層（RDL: Re-Distribution Layer）を形成します。
- 技術: このRDL形成には、LCD製造で培われた大型基板に対応した製造装置や技術が転用されています。
3. 個片化（ダイシング）
- 再配線層の形成やその他の工程が完了した後、PLP基板をダイシングソーなどの装置で、一つひとつの完成したパッケージに切り分けます。前述の「400mm角対応のダイシングソー」は、この大型パネルを分割した後のワークの個片化に用いられます。
PLPが注目される理由
PLPは、従来のパッケージング技術（ウェーハレベルパッケージ/WLP）の課題を解決し、特に高性能化とコスト効率が求められる分野で採用が拡大しています。
| 特徴 | PLP（パネルレベルパッケージ） | WLP（ウェーハレベルパッケージ） |
| 基材の形状 | 長方形（パネル） | 円形（ウェーハ） |
| 面積効率 | 非常に高い（約87%まで） | 低い（周辺部にデッドスペース） |
| チップコスト | 低コスト化に有利 | パネルと比較すると高め |
| 用途 | AI・HPC向けの高集積パッケージ、モバイル機器 | 小型IC、センサーなど |
PLP技術は、特に高性能なチップを何層にも重ねて接続する「2.5D/3D実装」や、「ファンアウトパッケージング」といった先端技術を低コストで実現する上で重要な役割を果たしています。
PLP（パネルレベルパッケージ）は、半導体チップのパッケージング技術です。従来の円形ウェーハではなく、大型の長方形パネル基板を用いて、多数のチップを一度に処理することで、面積利用効率を高め、製造コストを大幅に削減します。
円形ウエハからPLPへの移行の利点は
円形ウェーハから長方形のパネル（パネルレベルパッケージ、PLP）への移行の最大の利点は、「面積の利用効率の劇的な向上」と「製造コストの削減」です。
これは、チップの形状が基本的に四角形であるため、円形よりも長方形の基板のほうが無駄なく利用できるという、シンプルな幾何学的な理由に基づいています。
主なメリット
1. 土地利用率（面積効率）の最大化
- 円形ウェーハの欠点:
- ウェーハ（円形）から四角いチップを切り出す際、円周に近い部分はデッドスペースとなり、チップを配置できません . この面積利用率は、最大でも約55%程度です。
- 長方形パネルの利点:
- パネル（長方形/正方形）を使用すると、チップの配置面積をほぼ最大化できます。パネルの面積利用率は、最大で87%程度にまで高まります。
- 結果として、同じ面積の材料からより多くのチップを取り出せるため、材料の無駄が大幅に削減されます。
2. 製造コストの削減
- 一括処理による経済性:
- パネルはウェーハよりも大面積であるため、一度に処理できるチップの数が飛躍的に増加します。
- 工程をパネル単位でまとめて行う（一括処理）ことで、製造時間と工数（人件費や装置の稼働費）が削減され、チップ当たりの製造コストを大幅に引き下げることができます。製造コストは10～20%削減できるとの試算もあります。
3. 設備・材料の柔軟な活用
- 既存設備の流用:
- 液晶ディスプレイ（LCD）や太陽光パネルの製造ラインでは、もともと大型の長方形ガラス基板を扱っています。PLPはこれらと共通する製造技術（例えば、大型基板上の成膜やリソグラフィ）が多いため、既存の設備やノウハウを転用できる企業が半導体製造に参入しやすくなります。
- 寸法自由度の向上:
- PLPでは、従来のウェーハレベルパッケージ（WLP）よりも寸法設計の自由度が高まります。より広い領域に端子を配置できるため、配線設計が効率化し、単位面積当たりの集積度も向上します。
これらのメリットから、PLPは特に高性能ながら低コスト化が求められるAIチップやモバイルデバイス向け半導体のパッケージング技術として、重要性が高まっています。
最大の利点は面積利用効率の向上です。円形より長方形のパネル（PLP）はデッドスペースが少なく、より多くのチップを生産でき、材料の無駄削減と製造コストの大幅な削減に直結します。
なぜこれまで円形で製造していたのか
半導体製造において、長らく基板として円形のシリコンウェーハが用いられてきたのには、主に「結晶成長の原理」と「製造装置の最適化」という二つの歴史的・技術的な理由があります。
1. 結晶成長の原理と効率
円形のウェーハが採用されている最も根本的な理由は、半導体の主材料である「単結晶シリコン」の製造方法にあります。
- チョクラルスキー法（CZ法）:
- 現在、半導体ウェーハを作る主流の技術は、シリコンを融解し、その液面から種となる小さな結晶を引き上げるチョクラルスキー法（CZ法）です。
- この方法で成長させると、シリコンの結晶は、熱の対流や表面張力の作用により、自然と円筒形（棒状）になります .
- 円形に加工する効率:
- この円筒形のシリコンインゴット（塊）を、薄くスライスして研磨することでウェーハが作られます。
- インゴットから切り出す際、円筒形を最大限に利用してデッドスペースを少なくするため、切り出すウェーハの形状は自然と円形になるのが最も効率的です。
2. 製造装置とプロセスの最適化
半導体製造装置は、円形のウェーハに合わせて長年設計・最適化されてきました。
- 均一な処理の実現:
- 半導体製造の主要工程である薄膜形成やリソグラフィ（露光）、エッチングといった処理は、装置内でウェーハを回転させながら、あるいは中心から外側へ向かって均一に処理を行うことが効率的です。
- 円形であれば、回転中心からの距離が一定で、処理条件の均一性（温度や薬液の拡散、膜厚など）を保ちやすいため、品質管理がしやすいという大きな利点があります。
- 搬送システムの単純さ:
- 円形のウェーハは、製造装置間で搬送する際、角がないため装置内部での欠けや割れのリスクが比較的低く、自動搬送システム（ロボットアームなど）の設計も単純化できました。
これらの理由から、長年にわたり円形が半導体製造の標準となり、パッケージの工程も含む製造プロセス全体が円形ウェーハを前提として進化してきたのです。PLPへの移行は、この歴史的な前提を、コスト効率の観点から覆す大きな技術革新と言えます。
円形のシリコン結晶がCZ法で自然に成長するためです。また、円形は回転させやすく、露光や成膜などの製造プロセスにおいて、処理条件の均一性を保ちやすいという技術的な利点がありました。
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