3D IC パッケージング市場 - 技術別 (3D シリコン貫通ビア、3D パッケージ オン パッケージ、3D ファン アウト ベース、3D ワイヤ ボンディング)、材料別 (有機基板、ボンディング ワイヤ、リードフレーム、カプセル化樹脂、セラミック パッケージ、ダイ アタッチ材料)、業界別 (エレクトロニクス、産業、自動車および輸送、ヘルスケア、IT および通信、航空宇宙および防衛)、地域別、競合予測および機会別、2018 年 - 2028 年予測

市場概要

世界の3D ICパッケージング市場は、2022年に120億8000万米ドルと評価されており、2028年までの予測期間中に17.19%のCAGRで堅調な成長が見込まれています。

主要な市場推進要因

小型化と性能向上

より小型で強力な電子機器に対する絶え間ない需要が、世界の3D ICパッケージング市場の原動力となっています。消費者や業界がコンパクトでありながら高性能な電子機器を求めているため、従来の2D ICパッケージング技術ではこれらの期待に応えるのに限界があります。3D ICパッケージングは、集積回路の複数の層を垂直に積み重ねるソリューションを提供します。この垂直統合により、電子機器の性能を向上させながらフットプリントを削減できます。これにより、データ処理の高速化、消費電力の削減、熱管理の改善が可能になります。これらは、スマートフォン、ウェアラブル、データセンター、その他のさまざまなアプリケーションにとって重要な要素です。この推進要因は、より小型であるだけでなく、より強力で、エネルギー効率が高く、5G、AI、IoT などの新興技術の需要を満たすことができる次世代エレクトロニクスの開発を可能にする上で、3D IC パッケージングが重要な役割を果たすことを強調しています。

高帯域幅の需要の高まり

高解像度のビデオストリーミング、オンラインゲーム、クラウドコンピューティングなどのデータ集約型アプリケーションに対する世界的な需要により、これまでにない高帯域幅とデータ転送速度のニーズが生じています。5G ネットワークの普及と送信されるデータ量の増加により、高度なパッケージングソリューションの需要が高まっており、3D IC パッケージングはこの需要を満たす最前線にあります。 3D IC パッケージングの主な利点の 1 つは、メモリ、プロセッサ、通信インターフェイスなどの異種コンポーネントをより密接に統合し、相互接続長を短縮してデータ伝送速度を向上させることができることです。これは、高速で効率的なデータ処理が最も重要であるデータ センターや通信インフラストラクチャでは特に重要です。世界がますます相互接続され、データに依存するようになるにつれて、3D IC パッケージングは、高帯域幅、低遅延の通信システムの開発とエレクトロニクス業界全体の成長の重要な推進力として機能します。

電力効率と熱管理

エネルギー効率と効果的な熱管理は、電子デバイス設計における重要な考慮事項になっています。電子部品の小型化と電力密度の増加により、発熱の管理は大きな課題になっています。3D IC パッケージングは、電力効率と熱管理の面で利点があります。集積回路を垂直に積み重ねることで、熱をより効率的に放散でき、過熱やサーマルスロットリングのリスクが軽減されます。さらに、積み重ねられたコンポーネント間の相互接続が短くなるため、消費電力と信号伝播遅延が削減され、エネルギー効率の高いデバイスが実現します。この要因は、信頼性が高く長持ちする電子システムにとって電力効率と熱安定性が不可欠な自動車、航空宇宙、IoT などの業界で特に重要です。

強化されたシステム統合と異種統合

システム統合の強化とさまざまな半導体技術を組み合わせる能力に対する需要が、3D IC パッケージングの採用を推進しています。従来の 2D パッケージングとは異なり、3D IC パッケージングでは、さまざまな機能と製造技術を備えたチップを 1 つのパッケージに積み重ねることができます。異種統合と呼ばれるこの機能により、高度に専門化されたコンパクトな電子システムを作成できます。たとえば、メモリ、ロジック、センサー チップを 1 つの 3D パッケージに組み合わせると、自律走行車や医療機器などのアプリケーション向けのより効率的で強力なソリューションを実現できます。 3D IC パッケージングの汎用性は、さまざまな業界やアプリケーションの特定の要件を満たす革新的な電子システムの開発の重要な推進力となります。

歩留まりの向上とコスト削減

3D IC パッケージングにより、製造歩留まりが向上し、コスト削減につながります。複数のチップを 1 つのパッケージに積み重ねることで、メーカーは必要なパッケージと相互接続の数を減らし、組み立てプロセスを簡素化して欠陥のリスクを減らすことができます。さらに、異なる機能のチップを積み重ねることができるため、既存の半導体部品を再利用でき、全体的な製造コストを削減できます。これは、消費者向け電子機器や自動車など、コスト効率の高いソリューションを必要とする業界にとって特に有益です。歩留まりの向上とコスト削減の可能性は、生産プロセスを最適化し、世界の電子機器市場で競争力のある価格を実現しようとしている企業にとって大きな推進力となります。

高度な消費者向け電子機器の需要の高まり

消費者向け電子機器は、引き続き世界の 3D IC パッケージング市場の主要な推進力となっています。消費者は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルなど、より小型で、より強力で、機能豊富なデバイスを求めています。これらのデバイスには、コンパクトなフォームファクタで幅広い機能に対応する高度なパッケージングソリューションが必要です。3D IC パッケージングにより、プロセッサ、メモリ、センサー、通信コンポーネントを 1 つのパッケージに統合できるため、メーカーは市場の需要を満たす最先端の消費者向け電子機器を作成できます。これは特にスマートフォン業界で顕著で、3D IC パッケージングにより、バッテリー寿命が延び、ユーザーエクスペリエンスが向上した、より薄型で高性能なデバイスが実現しました。消費者の好みと競争圧力によって推進される消費者向け電子機器の革新への絶え間ない追求により、3D IC パッケージングはこの分野の技術進歩の重要な推進力であり続けるでしょう。

結論として、世界の 3D IC パッケージング市場は、小型化とパフォーマンス強化の必要性、より高い帯域幅、電力効率、熱管理要件の需要の高まり、システムと異種統合の強化、歩留まりの向上とコスト削減、および高度な消費者向け電子機器の需要の高まりによって推進されています。これらの推進要因は、3D IC パッケージング技術の採用を総合的に促進し、エレクトロニクス業界の将来を形作る上でのその極めて重要な役割を支えています。

政府の政策が市場を推進する可能性が高い

知的財産保護と特許規制

知的財産 (IP) 保護と特許規制は、世界の 3D IC パッケージング市場の形成において極めて重要な役割を果たします。世界中の政府は、半導体およびエレクトロニクス業界の企業が開発したイノベーションと独自のテクノロジーを保護するために、IP 法を制定し、施行しています。3D IC パッケージングにおける主要な課題の 1 つは、新しいパッケージング手法とテクノロジーの開発です。これらのイノベーションには、多くの場合、多額の研究開発投資が伴います。IP 保護により、企業は発明に対する独占権を付与することで、投資を回収できます。この独占性により、企業は最先端のパッケージング ソリューションに投資するようになります。さらに、特許規制により、市場内で健全な競争とイノベーションが促進されます。3D IC パッケージング技術の特許を取得した企業は競争上の優位性を獲得し、他社が競争するために新しい独創的な技術を開発するよう促されます。政府は、強力な特許法を維持および施行することで、知的財産保護に適した環境を育む上で重要な役割を果たします。これらのポリシーは、3D IC パッケージング市場の企業の知的財産を保護し、イノベーションと高度なパッケージング ソリューションの開発を奨励します。

輸出入規制

輸出入規制は、世界の 3D IC パッケージング市場に大きな影響を与えます。これらのポリシーは、半導体部品、パッケージング材料、機器の国境を越えた移動を規制し、サプライ チェーンと国際貿易に影響を及ぼします。政府は、国家安全保障上の利益を保護し、機密技術の拡散を防ぎ、国際協定の遵守を確保するために、輸出管理を確立します。たとえば、高度な 3D IC パッケージング技術は軍事システムや重要なインフラストラクチャに応用される可能性があり、その輸出は厳しい管理の対象となります。輸入面では、規制には関税、関税、輸入制限などがあり、さまざまな地域での 3D IC パッケージング材料と機器のコストと入手可能性に影響を及ぼします。グローバル サプライ チェーンの文脈では、これらの規制は 3D IC パッケージング市場における企業の競争力に影響を与える可能性があります。メーカーとサプライヤーは、高度なパッケージング ソリューションの製造に必要な材料と機器の円滑な流れを確保するために、これらのポリシーに対処する必要があります。

研究開発資金

研究開発 (R&D) 資金に関する政府のポリシーは、3D IC パッケージング市場におけるイノベーションの推進に役立ちます。世界中の多くの政府が、パッケージング技術を含む半導体技術の進歩を目的とした R&D イニシアチブを支援するために資金を割り当てています。これらの資金プログラムは、学界、研究機関、業界関係者間のコラボレーションを奨励し、イノベーションを促進し、最先端の 3D IC パッケージング ソリューションの開発を促進します。R&D 資金には、材料研究、設計方法論、製造プロセスなど、パッケージング プロセスのさまざまな側面が含まれます。さらに、政府は、半導体製造などの戦略的重要性のある分野への研究開発投資を優先することがよくあります。これらの投資は、国内産業の競争力を高め、技術的リーダーシップを促進し、経済成長に貢献します。3D IC パッケージング市場の研究開発プロジェクトに政府資金が提供されると、企業や研究機関はパッケージング技術開発の新しい方法を模索するようになり、この分野の進歩につながります。

環境規制と持続可能性イニシアチブ

環境規制と持続可能性イニシアチブは、世界の 3D IC パッケージング市場にますます影響を与えています。世界中の政府は、半導体パッケージングを含む電子製品と製造プロセスの環境への影響を減らすことに重点を置き始めています。規制は、パッケージング材料に含まれる鉛やその他の有毒物質などの危険物質の削減を目標としている場合があります。さらに、政府は、電子廃棄物 (e-waste) の懸念を軽減するために、リサイクルと廃棄物管理の要件を施行する場合があります。さらに、持続可能性イニシアチブは、環境に優しいパッケージング材料とプロセスの使用を促進することを目的としています。これには、鉛フリーはんだ付け技術の採用、リサイクル可能なパッケージングソリューションの開発、半導体製造における温室効果ガス排出量の削減の促進が含まれます。3D IC パッケージング市場で事業を展開する企業は、これらの規制を遵守し、持続可能性の目標に沿う必要があります。環境ポリシーに違反すると、法的措置、罰金、評判の低下を招く可能性があるため、業界の企業にとってこれらのポリシーの遵守は優先事項となります。

貿易および経済政策

貿易および経済政策は、競争、市場アクセス、価格設定などの要因に影響を与え、世界の 3D IC パッケージング市場に大きな影響を与えます。政府は、半導体サプライチェーン内の商品やサービスの移動に影響を与える可能性のある貿易交渉、関税調整、経済パートナーシップに頻繁に関与しています。二国間および多国間協定を含む貿易政策は、半導体部品やパッケージング材料の輸出入に影響を与える可能性があります。関税や輸入割当などの貿易障壁は、3D IC パッケージング市場のコスト構造に影響を与え、世界のサプライチェーンのダイナミクスに影響を与える可能性があります。さらに、為替レート、課税、経済の安定性に影響を与える経済政策は、3D IC パッケージング市場の企業の財務状況に影響を与える可能性があります。たとえば、為替レートの変動は、国際市場での製品の競争力に影響を与える可能性があります。3D IC パッケージング市場の企業は、これらの貿易および経済政策を注意深く監視して戦略を適応させ、ダイナミックな世界情勢を効果的にナビゲートします。

技術輸出およびデュアルユース規制

技術輸出およびデュアルユース規制は、高度な 3D IC パッケージング技術、特に民間と軍事の両方のコンテキストで潜在的な用途がある技術の普及を管理する上で重要です。政府は、デュアルユース機能を備えた特定の技術の輸出を制限することがよくあります。つまり、民生と軍事の両方の目的に使用できる可能性があります。3D IC パッケージングのコンテキストでは、高性能コンピューティング、高度なセンサー、または安全な通信を可能にする技術は、デュアルユースのカテゴリに該当する可能性があります。これらの規制は、機密技術が軍事目的で悪用されるか、セキュリティ上の脅威となる可能性のある国や組織に拡散するのを防ぐことを目的としています。 3D IC パッケージング市場の企業にとって、輸出管理および技術移転規制の遵守は法的義務です。企業はデューデリジェンスを実施し、必要に応じて輸出許可を取得し、自社の技術が意図せずセキュリティリスクに寄与しないようにすることで、これらのポリシーに対応する必要があります。

結論として、知的財産保護、輸出入規制、研究開発資金、環境規制、貿易および経済政策、技術輸出および二重使用規制に関する政府の政策は、世界の 3D IC パッケージング市場に大きな影響を与えます。これらのポリシーは、イノベーション、市場アクセス、持続可能性、競争力、半導体パッケージング業界における先進技術の責任ある使用に影響を与えます。この市場の企業は、複雑でダイナミックなグローバル環境で成功するために、これらのポリシーを効果的に対応する必要があります。

主要な市場の課題

製造の複雑さとコスト

世界の 3D IC (集積回路) パッケージング市場が直面している主な課題の 1 つは、製造プロセスに固有の複雑さとそれに伴うコストです。3D パッケージングは、小型化、性能向上、電力効率の面で数多くの利点がある一方で、困難な複雑さも伴います。

組み立てと位置合わせ3D パッケージで複数の半導体層を積み重ねるには、製造時に極めて正確な位置合わせが必要です。わずかな位置ずれでも電気接続が失敗し、パッケージが使用できなくなる可能性があります。このレベルの精度を達成するには、高度な機器とプロセスが必要であり、実装と維持にコストがかかる可能性があります。

薄型ウェーハの取り扱い多くの 3D IC パッケージング技術では、パッケージ全体の厚さを減らすために半導体ウェーハを薄くします。これらの極薄ウェーハを損傷や欠陥を起こさずに取り扱い、処理することは、大きな課題です。ウェーハの完全性を確保するには、特殊な機器と技術が必要です。

熱管理3D パッケージングのコンパクトな性質により、パッケージ内での熱発生が増加する可能性があります。過熱を防ぐには、効率的な熱管理が不可欠です。過熱はパフォーマンスと信頼性を低下させる可能性があります。マイクロ流体冷却や高度なヒートスプレッダーなどの熱ソリューションを実装すると、製造プロセスが複雑になり、コストも増大します。

材料と組み立て方法3D IC パッケージングでは、適切な材料と組み立て方法を選択することが重要です。シリコン貫通ビア (TSV)、インターポーザー、アンダーフィル材料などの高度な材料は、互換性と信頼性を確保するために慎重に選択する必要があります。さらに、ウェーハボンディングやシリコン貫通ビアの作成などのプロセス用の専用機器により、製造コストが増加します。

品質管理とテスト3D パッケージ化されたチップの品質と信頼性を確保するには、厳格なテストと品質管理対策が必要です。メーカーは、積層された層の欠陥や不具合を特定するために、3D 検査技術を含む包括的なテストプロトコルを実装する必要があります。これにより、製造時間とコストが増加します。

規模の経済3D IC パッケージングで規模の経済を達成することは、特殊な機器と専門知識が必要なため、困難な場合があります。生産量が少ないと、ユニットあたりの製造コストが高くなる可能性があります。この課題に対処するには、製造業者は生産能力を高める方法や、パートナーと協力してリソースを共有する方法を見つける必要があるかもしれません。

3D IC パッケージング市場における製造の複雑さとコストの課題に対処するには、研究開発、プロセスの最適化、機器のアップグレードに多大な投資が必要です。企業は、3D パッケージングの利点と関連する製造上の課題を慎重にバランスさせ、これらの高度なパッケージング ソリューションの実現可能性を確保する必要があります。

設計とエコシステムの統合

世界の 3D IC パッケージング市場におけるもう 1 つの大きな課題は、3D パッケージの設計と、それをより広範な半導体エコシステムに統合することの複雑さです。この課題には、いくつかの側面が含まれます。

設計の複雑さ3D IC パッケージの設計には、積み重ねられたコンポーネントの互換性と機能性を確保するための複雑な計画が必要です。エンジニアは、電力供給、信号の整合性、熱管理、フォーム ファクターの制約などの要素を考慮する必要があります。この複雑さにより、設計サイクルが長くなり、開発コストが増加する可能性があります。

異種統合多くの 3D パッケージは、メモリ、ロジック、センサーなど、さまざまなテクノロジと機能を備えたコンポーネントを統合することを目的としています。シームレスな統合を実現し、これらの多様なコンポーネントが連携して動作するようにすることは、大きな課題です。複数のドメインでの専門知識と、さまざまな関係者間の調整が必要です。

エコシステム コラボレーション3D IC パッケージングには、多くの場合、半導体エコシステム全体のコラボレーションが含まれます。これには、チップ設計者、ファウンドリ、パッケージ ハウス、および機器サプライヤ間のパートナーシップが含まれます。各エンティティが独自の専門知識と優先事項をもたらすため、これらのパートナーシップを調整し、目的を調整することは困難です。

相互運用性3D IC パッケージと既存のインフラストラクチャおよび標準との相互運用性を確保することが重要です。メモリ インターフェイスや相互接続標準などの標準インターフェイスおよびプロトコルとの互換性は、既存のシステムへの統合を容易にするために不可欠です。このレベルの相互運用性を実現するのは複雑で、時間がかかる場合があります。

テストと検証実際のアプリケーションで 3D IC パッケージの機能と信頼性を検証するには、包括的なテストと検証のプロセスが必要です。3D パッケージのテスト方法とインフラストラクチャの開発は、その固有の特性と統合の複雑さのために困難になる可能性があります。

サプライ チェーンの調整3D IC パッケージの材料とコンポーネントのサプライ チェーンの調整は、特に特殊な材料と機器を必要とする高度なパッケージ ソリューションの場合は複雑になる可能性があります。安定したサプライ チェーンを確保することは、生産の遅延や中断を回避するために不可欠です。

これらの課題に対処するために、3D IC パッケージ市場は、学際的なコラボレーション、設計およびシミュレーション ツールへの投資、標準化の取り組み、およびエコシステム統合への集中的な取り組みに依存しています。企業は、より広範な半導体エコシステムの要件と制約を考慮しながら、パートナーや関係者と緊密に連携して、3D IC パッケージの設計、製造、統合を合理化する必要があります。これらの課題を克服することは、3D IC パッケージング技術の可能性を最大限に活用し、革新的なソリューションを市場に提供するために不可欠です。

セグメント別インサイト

3D パッケージ オン パッケージ インサイト

3D パッケージ オン パッケージ セグメントは、2022 年に最大の市場シェアを獲得し、予測期間中もそれを維持すると予想されています。

有機基板インサイト

有機基板セグメントは、2022 年に最大の市場シェアを獲得し、予測期間中に急速な成長を遂げると予測されています。通常、ラミネートやプリント回路基板 (PCB) などの材料で作られた有機基板は、セラミックなどの他の材料と比較してコスト効率に優れています。有機基板はコストが低いため、コスト意識の高いメーカーにとって魅力的な選択肢となっています。有機基板は設計の柔軟性を提供し、複雑でカスタマイズされた回路レイアウトを可能にします。メーカーは、3D IC パッケージの特定の要件を満たすために、複雑な相互接続とルーティング構成を設計できます。この柔軟性は、高度な統合と機能を実現するために不可欠です。有機基板は、一般にセラミックに比べて誘電率 (k) が低くなっています。誘電率が低いということは、材料の静電容量が低く、信号伝播遅延が短縮され、電気性能が向上することを意味します。これは、現代の電子機器で重要な高速データ転送と信号整合性にとって特に重要です。有機基板は軽量で、薄型で製造できます。この特性は、スマートフォンやウェアラブルなどのスリムでポータブルな電子機器の需要を満たすために不可欠です。軽量化と薄型化は、電子製品の全体的な小型化に貢献します。有機基板は熱特性に優れており、集積回路からの効率的な放熱が可能です。過熱を防ぎ、半導体デバイスの信頼性を維持するには、適切な熱管理が不可欠です。有機基板は IC から熱を効率的に逃がすことができるため、熱性能が向上します。有機基板は大量生産プロセスに適しています。PCB 製造プロセスなどの確立されたコスト効率の高い製造方法を使用して製造できます。このスケーラビリティにより、大量生産に適しており、民生用電子機器やその他の大量市場の需要に応えます。 3D IC パッケージングの主な用途は、コスト、サイズ、パフォーマンスなどの要素が重要な民生用電子機器です。有機基板は民生用電子機器の要件によく適合しているため、この市場ではパッケージング ソリューションの好ましい選択肢となっています。有機基板は標準的な半導体製造プロセスと互換性があります。この互換性により、既存の生産ラインへの統合が簡素化され、大幅なプロセス調整や専用機器への投資の必要性が軽減されます。有機基板は、一般的に、一部の代替材料と比較して環境に優しいと考えられています。リサイクル可能で有害物質を含まず、持続可能性と規制上の懸念と一致しています。

地域別インサイト

北米

2022 年、3D IC パッケージングの市場は北米が最大でした。これは、Intel、Samsung、TSMC などの大手半導体企業がこの地域に存在するためです。人工知能や機械学習などの高性能コンピューティングアプリケーションに対する需要の高まりも、北米の市場の成長を牽引しています。

ヨーロッパ：

ヨーロッパは、2022年に3D ICパッケージングで2番目に大きな市場となりました。自動車および産業分野での3D ICの採用の増加が、ヨーロッパ市場の成長を牽引しています。医療および航空宇宙分野での3D ICの需要の増加も、この地域の市場成長を後押しすると予想されています。

アジア太平洋：

アジア太平洋地域は、2022年に3D ICパッケージングで3番目に大きな市場となりました。民生用電子機器およびモバイルデバイス分野での3D ICの需要の増加が、アジア太平洋地域の市場の成長を牽引しています。 3D ICパッケージングの技術的進歩と、この地域における半導体企業の存在感の高まりも、この地域の市場成長を後押しすると予想されています。

最近の動向

• 2023年7月、Intelはリオランチョ工場をアップグレードし、従業員数を35％以上増やすために35億ドルの投資を発表しました。この投資は、Intelの3DICパッケージング機能の拡大を目的としています。
• 2023年6月、TSMCはアリゾナ州の新しいチップ製造施設に1,000億ドルの投資を発表しました。この投資により、1,600人以上の雇用が創出され、3D ICパッケージング技術の開発がサポートされると期待されています。
• 2023年5月、Samsungはテキサス州の新しいチップ製造施設に170億ドルの投資を発表しました。この投資により、2,000人以上の雇用が創出され、3D ICパッケージング技術の開発がサポートされると予想されています。
• 2023年4月、ASEグループは中国の新しい3D ICパッケージング施設に20億米ドルを投資すると発表しました。この投資により、1,000人以上の雇用が創出され、中国の半導体産業の成長が支えられると期待されています。
• 2023年3月、アムコーテクノロジーは、米国の新しい3D ICパッケージング施設に10億ドルを投資すると発表しました。この投資により、500人以上の雇用が創出され、米国の半導体産業の成長が支えられると期待されています。

主要市場プレーヤー

• インテルコーポレーション
• サムスン電子株式会社
• 台湾セミコンダクター製造株式会社
• アドバンストセミコンダクターエンジニアリング株式会社
• アムコーテクノロジー株式会社
• 米国Microelectronics Corporation
• Nepes Corporation
• FlipChip International
• Powertech Technology Inc
• Chipbond Technology Corporation