基板の黒い「ゲジゲジ」は、チップ本体ではなかった——重さの7割が石の粉でできた樹脂の鎧「封止」

封止（モールド）とは何をする工程なのか

封止（モールド）とは、組み立ての終わったチップを樹脂で覆い固め、外の世界から隔離して守る工程です。ここまでのシリーズで、ウェハーから切り出されたチップはリードフレーム（チップを載せる金属の骨組み）に固定され、チップの端子と外部端子が細い金線で結ばれました。前回歩いた「ボンディングの工程」です。

このときのチップは、工程全体でいちばん無防備な状態にあります。金線の太さは髪の毛の数分の1しかなく、指先はもちろん、わずかな振動やホコリでも倒れたり切れたりします。さらにシリコンのチップは、空気中の水分や汚染にさらされるだけでも劣化していきます。裸のままでは、製品として出荷するどころか、工場の中を運ぶことすら危ういのです。

そこで登場するのが樹脂の鎧です。熱で溶かした黒いエポキシ樹脂を金型の中に流し込み、チップと金線を丸ごと包み込んで固めます。基板の上でおなじみの黒い部品は、こうして生まれます。黒い塊の中心にチップが埋まり、両脇に生えた金属の足（リードフレームの端子）だけが、外の世界との窓口として顔を出している——それが「ゲジゲジ」の正体です。身の回りの機器に入っている半導体のほとんどが、この鎧を着ています。

なぜ樹脂で固めるだけで数十年守れるのか

答えは、封止材が「ただの樹脂」ではないからです。エポキシ封止材の中身は、重量比でシリカ（石英の微粒子）が70%以上、ベースのエポキシ樹脂が15〜20%、硬化剤が8〜10%という構成が一般的です。つまり黒い鎧は、樹脂で石の粉を固めた複合材料であり、主成分はむしろ石のほうになります。

なぜ石の粉をそこまで大量に混ぜるのか。最大の理由は、熱による伸び縮みをチップに合わせるためです。物質は温度が上がるとわずかに膨張しますが、その度合いは材料ごとに違います。樹脂だけで固めると、電源のオン・オフで温度が変わるたびに、樹脂とチップ・金線の伸び縮みの差が力となってかかり、割れや断線を招きます。膨張しにくいシリカを混ぜ込むことで、鎧全体の伸び縮みをチップや金属に近づけているのです。

シリカには、熱を逃がしやすくする、強度を高める、湿気を通しにくくするという効果もあります。パッケージの中のチップが炊飯器で10年、クルマで15年と働き続けられるのは、この配合設計のおかげです。何をどれだけ混ぜるかというレシピこそが封止材メーカーの腕の見せどころで、用途ごとに膨大なバリエーションが作り分けられています。

黒い樹脂は、どうやってチップを包み込むのか

主流の方式は、トランスファーモールドと呼ばれる「金型への圧入」です。まずは無防備なチップが黒い鎧をまとうまでを、3Dモデルで見てください。

手順はこうです。リードフレームごとチップを、上下に分かれた精密な金型で挟み込みます。次に、タブレットと呼ばれる固形の樹脂を熱で溶かし、プランジャ（ピストン）で圧力をかけて、細い流路から金型内の空洞へ注入します。ドロドロの黒い樹脂が空洞に満ちて、チップと金線を呑み込んでいきます。金線を倒さずに樹脂を行き渡らせるため、温度・圧力・流し込む速さはミリ秒単位で制御されます。

金型の中で樹脂は数十秒から数分で一次硬化し、取り出したあとに150〜180℃で数時間かけて焼き固める二次硬化（ポストモールドキュア）で、鎧としての強度が完成します。ちょうど、型に流したケーキ生地をオーブンでじっくり焼き上げるイメージです。金型が開くと、そこには黒いパッケージが並んでいます。

一方で、先端パッケージの世界では別の方式も広がっています。コンプレッション方式は、金型の空洞にあらかじめ樹脂を入れておき、そこにチップを浸して押し固めるやり方です。樹脂が長い流路を流れないぶん金線や配線への負担が小さく、薄型・大判の成形に向くため、AI向けの積層メモリ（HBM）などで存在感を増しています。組み立て方の進化の全体像は「「微細化が限界でも、チップはまだ速くなる。今度は「組み立て方」だった」」で解説しています。

なぜ封止は「日本の独壇場」なのか

装置も材料も、世界の上位を日本勢が占めています。モールディング装置では、京都のTOWAが世界シェア66%（2022年）で断トツの首位。同社は金型の超精密加工から装置までを一貫して手がけ、コンプレッション成形の技術力はHBM向けで高く評価されています。長野のアピックヤマダも日本で最初に樹脂封止金型を開発した名門で、2025年にヤマハ発動機グループのヤマハロボティクスへ統合され、後工程装置の一角を担い続けています。切断・研削も含めた後工程装置の全体像は「「切って・削って製品にする。後工程装置とディスコ」」をどうぞ。

材料側の主役も日本勢です。エポキシ封止材では住友ベークライトが世界シェア首位を握り、レゾナックも世界トップクラスのシェアを持ちます。日東電工など、封止関連の材料で強みを持つメーカーもそろっています。レゾナックは封止材にとどまらず後工程材料をほぼフルラインで握る総合力が強みで、詳しくは「「チップを“組み立てる”材料を幅広く握る、統合で生まれた素材大手」」で分析しています。

強さの源泉は、この記事で見てきた中身そのものです。シリカの粒の大きさや形、樹脂と硬化剤の配合、金型の中での流れやすさ——封止材は「混ぜて固めるだけ」に見えて、数十年分の配合ノウハウの塊です。装置側も、金線を倒さず、気泡を残さず、何百万個も同じ品質で固め続ける金型精度が命で、一朝一夕には追いつけません。ウェハーや薬液と同じく、「半導体材料で日本勢が強い理由」の縮図がここにもあります。

黒い鎧をまとったチップは、これでようやく製品の姿になりました。次回はシリーズ最終回。パッケージに名前を刻み、最後の試験で良品だけを選び抜く「検査・マーキング」の工程を歩きます。