温めると縮む粉を混ぜて、チップの“反り”を止める——三菱ケミカルが負膨張フィラーを事業化

発表は2026年8月27日である。三菱ケミカルグループは、半導体パッケージ材料向けの負膨張フィラーを開発し、ブランド名「M-Filleris NTE」で事業化すると公表した。地味な粉の話に見えるが、先端パッケージの歩留まりに直結する領域である。

半導体パッケージは、なぜ熱で反るのか

原因は材料ごとの膨らみ方の違いにある。パッケージはシリコンのチップ、樹脂の封止材、基板という異なる材料の重ね合わせでできている。温度が上がると、それぞれ違う割合で膨らむ。

この違いを表す指標が熱膨張係数（温度が1度上がったときに何割伸びるかを示す値）である。係数の違う材料を貼り合わせて加熱すると、伸びの差が内部の力になる。バイメタルが曲がるのと同じ理屈で、パッケージ全体が反る。

反り自体は昔からある課題だ。ただし製造時と使用時の加熱・冷却が繰り返されると、接続部分に力が集中する。はんだの接合が外れたり、微細な配線が切れたりして、歩留まりが落ちる。

チップレットと3D積層で、なぜ問題が深刻になったのか

材料の種類と接続点が増えたためである。「1つの大きなチップを分割して組み合わせるチップレット方式」が広がり、複数のチップを横に並べたり縦に積んだりする構成が主流になった。

「横に並べる2.5Dと縦に積む3Dの違い」を思い出すと分かりやすい。どちらの方式でも、チップ同士をつなぐ接続点の数は従来より桁違いに多い。接続点が増えれば、反りによって外れる箇所も増える。

さらにAIサーバや高性能計算向けのチップは発熱が大きい。温度の振れ幅が大きいほど、熱膨張差による歪みも大きくなる。MONOistは、こうした高密度実装の進展がパッケージの反りを課題化させたと伝えている。

温めると縮む材料は、どういう仕組みなのか

負膨張フィラーは、加熱すると収縮する無機材料の粉である。ふつうの物質は温度が上がると原子の振動が大きくなり、体積が増える。負膨張材料では結晶構造の変化がこれを打ち消し、全体として縮む方向に働く。

この粉を単独で使うわけではない。エポキシ樹脂などに混ぜ込むことで、樹脂全体の熱膨張係数を引き下げる。膨らむ樹脂と縮むフィラーを組み合わせ、差し引きで動きを小さくする発想である。

三菱ケミカルは無機材料設計の技術を使い、室温から400℃までの広い温度域で負膨張特性を示す材料に仕上げたとしている。さらに粒子を球状にすることで、樹脂に混ぜたときの流動性と分散性を確保したという。

どの材料に混ぜて使うのか

想定用途は3つ挙げられている。封止材、アンダーフィル材、そしてビルドアップフィルム材料である。いずれもチップの周囲を固めたり埋めたりする樹脂系の材料だ。

封止材はチップを樹脂で包む材料で、「黒い樹脂の中身が実は石の粉を大量に含んでいる」ことは以前から知られている。フィラーを混ぜて熱膨張を抑えるという発想自体は、封止材の世界では標準的な手法である。今回はそのフィラーを、膨らむ側から縮む側へ置き換える提案になる。

アンダーフィル材はチップと基板のすき間を埋める樹脂で、接続部分を保護する役目を持つ。ビルドアップフィルムは基板の絶縁層を作る材料で、「ABFに代表される先端基板の中核部材」にあたる。どれも後工程で使われる材料である。

半導体そのものの基本から確認したい場合は、「半導体とは何かを整理した入門記事」から読むと、これらの材料がどの段階で登場するかがつかみやすい。

事業としてはいつ立ち上がるのか

スケジュールは2段階で示されている。まず2026年度中にパイロット品の販売を始める。次に顧客での評価と認証を経て、2027年度下期に量産品の販売を開始する予定である。

材料ビジネスでは、この「評価と認証」の期間が長い。半導体メーカーは材料を1つ変えるだけで信頼性試験をやり直す必要があるため、採用判断は慎重になる。発表から量産まで1年以上を見込むのは、この業界では標準的な進み方だ。

日本経済新聞は、封止材向け素材として販売する位置づけを伝えている。まず封止材から入り、用途を広げる形になる可能性がある。

この技術は何を変えるのか

変わるのは、反り対策の主戦場である。これまで反りは、パッケージの構造設計や工程条件の調整で抑え込む対象だった。材料そのものの膨張を打ち消せるなら、設計側の制約が緩む。

もっとも、効果は配合比率や既存材料との相性に左右される。実際にどこまで反りが減るかは、顧客での評価結果を待つ必要がある。現時点で数値としての改善幅は公表されていない。

確認点は3つある。第1に、2027年度下期の量産品販売が予定どおり進むか。第2に、封止材以外のアンダーフィルやビルドアップフィルムへ用途が広がるか。第3に、競合となる低膨張フィラーに対して価格でどこまで折り合えるかである。

この記事のまとめ

• 三菱ケミカルグループが2026年8月27日、半導体パッケージ材料向けの負膨張フィラーを事業化すると発表した。ブランド名は「M-Filleris NTE」。
• 負膨張フィラーは加熱すると縮む充填材で、樹脂に混ぜて材料全体の熱膨張係数を下げ、パッケージの反りを抑える。
• 室温から400℃までの広い温度域で負膨張特性を示し、球状の粒子形状で樹脂への流動性と分散性を確保したとしている。
• 想定用途は封止材・アンダーフィル材・ビルドアップフィルム材料で、先端パッケージの後工程材料に位置する。
• 2026年度中にパイロット品、2027年度下期に量産品の販売開始を予定する。背景はチップレット化と3D積層による発熱と熱膨張差の増大である。