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AI半導体は“ガラス基板”へ向かうのか― インターポーザーと基板、2つのガラス化を整理する ―

Neo Tech World

※本記事は、上記ショート動画の内容をもとに、技術的背景や業界の意図を整理し、もう一段深く解説したものです。


何が起きているのか

AI半導体の進化は、回路をどれだけ細く作れるか（微細化）の競争から、
「どう組み立て、どう支えるか」という実装の課題へと重心が移りつつある。

最新のGPUやAIアクセラレータは、1枚のチップとして限界に近いほど巨大化している。
さらにチップレット化によって、複数のチップを組み合わせて性能を上げる設計が増え、
チップ同士がやり取りするデータ量も一気に増えた。

ここで鍵になるのがI/Oだ。I/Oとは、チップの外とデータや電力をやり取りする「接続口」の数を指す。
AI向けではこのI/Oが数万本規模に増え、配線はより細かく、より高密度になっていく。

加えてHBM（高帯域メモリ）は8層、12層と積層が進み、パッケージ全体が厚く重くなる。
すると、信号の遅れ、電源供給、発熱、そして基板の反りといった“物理の問題”が表面化する。
単に回路を細くするだけでは、性能を伸ばしきれない局面に入ったということだ。

この文脈で注目されているのがガラス材料の活用である。
ただし対象は一つではない。チップ直下で高密度配線を担うインターポーザーと、
その下で全体を支え外部につなぐパッケージ基板という別の層で、別々の理由からガラス化が検討されている。
まずはこの構造差を理解することが出発点となる。

巨大AIパッケージの構造

AIチップのパッケージ構造は、見た目以上に多層的で複雑だ。
性能はチップ単体で決まるのではなく、それを支える“階層構造”全体で決まっている。

最上部にあるのがSoCやGPU、CPUなどのロジックチップだ。
実際にAIの計算処理を行う中枢であり、膨大な演算を高速でこなす。

そのすぐ近くに配置されるのがHBM（高帯域メモリ）である。
AIでは大量のデータを瞬時に読み書きする必要があるため、通常のメモリよりも広い帯域で接続される。

TSMC 3DFabricより

このロジックとHBMをつなぐのがインターポーザーだ。
ここでは極めて細かい配線が高密度に敷き詰められ、数万本規模のI/Oを短距離で結ぶ。
いわば「超高性能な配線基板」であり、信号の遅れやノイズを最小限に抑える役割を担う。

その下にあるのがパッケージ基板（サブストレート）だ。
インターポーザーやチップ全体を支える“土台”であり、電源を安定して供給し、外部のマザーボードへ信号を渡す橋渡し役でもある。
構造的な強度や寸法安定性もここに求められる。

そして最下層がマザーボード。サーバー全体の中で他の部品と接続する役割を担う。インターポーザーは「高密度接続」を担う層、基板は「支える・供給する」層。

両者は似ているようで役割がまったく異なり、求められる材料特性も違うのである。

まず進んでいるのはインターポーザーのガラス化

ガラス化の動きとして、より具体的に進んでいるのがインターポーザー領域だ。

代表例が、Intel が打ち出しているガラス基板構想である。これは従来のシリコン製インターポーザーを、ガラス材料に置き換えるアプローチだ。

インターポーザーは、巨大なAIチップとHBMを超高密度でつなぐ中間層である。現在主流のシリコン製では、TSV（シリコン貫通ビア）を形成するが、深く細い穴を高精度で加工し、絶縁膜を形成し、銅を埋め込む必要がある。工程が複雑で、コストも高い。さらにウエハーは円形のため、大面積化すると材料ロスも増える。

一方ガラスは、レーザー加工で高アスペクト比の貫通穴（TGV）を比較的均一に形成しやすい。ガラスは本質的に絶縁体のため、シリコンのように追加の絶縁処理を厚く施す必要が少ない。加えて、表面が極めて平坦で、パネル単位での大面積加工が可能なため、微細配線を均一に形成しやすいという利点がある。

もちろん難易度は高いが、構造的には合理性がある。

日本ではRapidus がガラスパネル型の先端パッケージ技術を構想している。ウエハーではなく大面積パネルを使うことで、面積効率と将来の大型化に備える考え方だ。

インターポーザーのガラス化は、単なる材料変更ではない。AIの巨大化に対する、実装面からの現実的な解答としてロードマップに入りつつあると読むことができる。

インターポーザーの次に問われる「土台」──ガラス基板はなぜ難しいのか

インターポーザーのガラス化が具体化する一方で、次に議論が広がっているのがパッケージ基板（サブストレート）のガラス化だ。こちらはチップ直下の高密度接続層とは役割が異なる。インターポーザーが「配線性能」を最優先する層だとすれば、基板はチップ全体を支え、電力を安定供給し、外部と接続する“構造体”である。

AIチップの大型化と消費電力の増大により、有機ABF基板（*1）では反り（warpage）、微細配線限界、電源供給能力、大面積での寸法安定性といった課題が顕在化している。ガラスは低CTEで熱変形が小さく、表面が平坦で微細加工との相性も良い。そのため土台の再設計候補として浮上している。

しかし量産は容易ではない。インターポーザーは比較的薄く、機能も「高密度接続」に集中している。一方、基板は多層配線、大電流対応、機械的強度、実装信頼性を同時に満たす必要がある。ガラスは硬く割れやすく、厚みや多層化、ビア形成の歩留まり確保が難しい。さらに既存の有機基板サプライチェーンが成熟しているため、コスト面の壁も高い。

つまり、基板のガラス化は必要性が高まっているものの、技術・構造・経済性の三つを同時に突破する難題であり、まだ量産確立段階とは言えないのである。

（*1）有機ABF基板とは、樹脂（有機材料）をベースにした半導体用の高密度基板のこと。
ABF（Ajinomoto Build-up Film）は、味の素が開発した絶縁フィルム材料で、現在の高性能CPUやGPUの多くに使われている。

インターポーザーと基板の違いを整理する

混同されやすいが、ガラスインターポーザーとガラス基板は、役割も置き換える対象も明確に異なる。

まずインターポーザーは、チップ直下に配置される“超高密度配線層”だ。例えばGPUとHBMを横方向に並べ、その間を数万本規模の配線で短距離接続する。ここでは信号の遅れを最小限に抑え、高速でデータをやり取りすることが最優先となる。いわば「都市の中心部を走る高速道路網」のような存在で、微細さと精度が命だ。現在はシリコン製が主流で、その代替としてガラスが検討されている。

一方、基板（サブストレート）はパッケージ最下層に位置する“土台”である。インターポーザーやチップ全体を機械的に支えつつ、大電流を安定供給し、最終的にマザーボードへ信号を渡す。こちらは「都市全体を支える地盤や幹線道路」に近い役割だ。高密度配線だけでなく、強度、耐熱性、長期信頼性も求められる。置き換え対象は現在主流の有機ABF基板である。

つまり、ガラス化は一斉に進むのではなく、まず接続性能が限界に近いインターポーザーから進み、その後に構造体である基板へと波及するという構図なのである。

ガラスインターポーザーを主導する企業 ― Intel・Rapidus・TSMCの現在地

ガラスインターポーザーの議論はここ数年で急速に具体化したが、その口火を切ったのは
Intel である。

Intelは2020年代前半からガラス基板研究を公表し、2023年には「2030年前後の量産導入を視野に入れる」と公式に発表した。社内研究自体はそれ以前から進んでいたとされ、少なくとも数年単位で材料・TGV（Through Glass Via）・大面積パネル処理の開発を継続している。

現時点で量産製品に全面採用しているわけではないが、試作レベルでの評価やエコシステム構築は進行中であり、単なる基礎研究段階ではない。IntelはEMIBやFoverosといった独自パッケージ技術をすでに実用化しており、「接続技術を自社で設計できる」という垂直統合の強みを持つ。ガラス化は既存の先端パッケージを拡張する“次の一手”としてロードマップに位置づけられている。

一方、日本の
Rapidus は、より構造転換型のアプローチを取っている。同社は600mm級のガラスパネル基板の試作に成功したことを公表しており、ウエハー（円形）ではなく矩形パネルによる大面積処理を前提とした設計思想を打ち出している。

600mmというサイズは、従来の300mmウエハーを超える発想であり、面積効率や将来的な大型化を見据えた布石と読むことができる。ただし現時点では量産実績はなく、技術実証・エコシステム構築フェーズにある。Rapidusはファウンドリ立ち上げそのものが挑戦段階にあるため、ガラスパネルも中長期テーマと言える。

対照的なのが
TSMC である。TSMCはCoWoSやSoICを量産し、すでに80mm×80mm、100mm×100mm、さらには120mm×150mm級まで有機＋シリコン技術を拡張している。ガラスを前面には出していないが、「まず既存技術を限界まで伸ばす」現実路線を採る。供給能力と歩留まりで優位を保つ戦略だ。

整理すると、

  • Intel：2030年前後量産視野。研究は数年前から進行。標準化主導を狙う攻めの戦略。

  • Rapidus：600mmガラスパネル試作成功。構造再設計型だが量産はこれから。

  • TSMC：ガラスに急がず既存技術を最大拡張。量産実績で優位維持。

つまり、ガラスインターポーザーは「研究テーマ」ではなく、「将来の標準候補」として具体的に動き始めている。一方で、量産採用はまだ限定的であり、真の分岐点は大規模AIパッケージが既存材料の物理限界を超える瞬間に訪れると考えられる。

ガラス化の主導権は、技術だけでなく、量産タイミングとエコシステム構築のスピードで決まる。その競争は、すでに始まっている。

ガラス基板（サブストレート）を主導する企業 ― FICT・DNPと材料プレイヤーの最新動向

ガラス基板（サブストレート）の実装・量産化に向けた技術開発は、インターポーザーとは異なる「土台そのものの再設計」を伴うため、実現難易度が高い。しかし日本企業を中心に独自の動きが出始めている。

FICT

まず実装側で存在感を持つのが、FICTだ。FICTはもともと富士通グループのプリント基板部門として設立され、2002年に富士通からスピンオフした企業である。これまでにスーパーコンピュータ「京」や「富岳」といった世界トップレベルのシステム向け基板を手掛けてきた実績があり、日本国内の高度な基板製造技術の中核とされている。

基板設計・試作・量産まで一貫して対応し、伝送損失の少ない材料選定や高多層構造の実装など、難易度の高い製品開発を長年担ってきた。その象徴が、FICTが開発した「G-ALCS（Glass-Alternate Layer Core Structure）」技術である。

G-ALCSは、コア層を完全にガラスへ置き換えるというより、ガラスを組み込んだ複合構造で寸法安定性を高める技術である。全面ガラス化に踏み切る前の「ハイブリッド型アプローチ」とも言え、既存有機基板の延長線上で物理限界を押し広げようとする現実的な解である。

これは単なる材料変更ではなく、「基板の構造そのものを再設計する」発想であり、AI向けの大型・高電力パッケージにおける土台技術の一つと位置付けられる。

FICTの技術力は、スーパーコンピュータ「富岳」向け基板の製造実績として表彰されるなど、長年にわたり蓄積されてきたものだ。ガラス基板が本格化するかどうかにかかわらず、寸法安定性と大面積実装という課題に真正面から向き合ってきた経験は、次世代パッケージ競争において無視できない強みとなる。

DNP

一方、材料・微細加工技術の側面で重要な役割を果たすのが大日本印刷 である。DNPは2023年に次世代半導体パッケージ向けの「TGV（Glass Through Via）ガラスコア基板」を開発し、従来の有機基板に代わる高平坦性・高信頼性基板としての技術基盤を築いた。 この技術を量産実証へつなげるため、DNPは埼玉県久喜工場に2025年12月から順次稼働する新たなパイロットラインを設置したと発表している。 このラインは2026年初頭のサンプル出荷を目指し、顧客や市場の評価を受けながら2028年度の本格量産開始を計画しているという。

TGVガラスコア基板は、マザーボードと半導体チップの間に配置される基板コア材として、高密度な貫通電極を形成することで高性能パッケージを可能にする。510mm×515mmという大型パネルでも高い平坦性と剛性を維持する構造設計が特徴であり、熱膨張や反りを抑制する性能が期待されている。

Corning

材料供給面で重要な役割を果たすのが、Corning のような高精度ガラス製造企業だ。Corning は米国を拠点とする世界的な特殊ガラスメーカーで、ディスプレイ用ガラスや光ファイバーなどで高いシェアを持つ。半導体分野では、低CTE・高平坦・高強度の薄板ガラスを開発し、TGV（Through Glass Via）対応材料も提供している。ただし自ら基板構造を量産する立場ではなく、あくまで“材料プラットフォーム”側の企業である。均一性や大面積対応といった基礎性能を担保する役割を持ち、DNPのような加工・基板メーカーと組み合わせてエコシステムを形成する立ち位置にある。

このように、ガラス基板化を推進する動きは既に具体的な試作・パイロットライン構築へと進んでいる。だが、基板は“微細配線だけでなく大電流供給・機械的強度・長期信頼性”という複合要件を同時に満たす必要があり、インターポーザーと比べて実装・量産のハードルは高い。現時点ではFICTが基板実装力で、DNPが材料・加工技術で開発リードを取りつつ、サプライチェーン全体の整備に向けた動きが本格化している段階である。


日本企業の立ち位置 ― 「材料×実装」で主戦場を握れるか

ガラス基板の議論において、日本企業は決して周辺的存在ではない。むしろ、ロジック半導体の最先端競争とは異なる土俵で、構造的な強みを持つ領域に立っている。

まず実装側では、FICT が象徴的だ。富士通系基板事業を源流とし、スーパーコンピュータ「富岳」級の高信頼・高多層基板を手がけてきた。日本はもともと高密度プリント基板や多層化技術に強く、寸法精度・信頼性管理・歩留まり改善といった“現場力”を蓄積してきた。この延長線上にガラス基板がある。

材料・加工側では、大日本印刷 がTGVガラスコア基板のパイロットラインを構築し、材料と微細加工を統合したアプローチを進めている。フォトマスク事業で培ったリソグラフィ精度は、ガラスへの微細ビア形成や多層配線形成と親和性が高い。ここは日本が歴史的に得意としてきた領域だ。

さらに、Rapidus はロジック製造の再構築を目指すが、同時にパッケージやガラスパネル技術も視野に入れる。従来のウエハー前提からの脱却を図る構想は、日本の材料・装置・基板メーカーとの連携余地が大きい。

加えて、日本にはガラス材料、絶縁材料、装置メーカーなどサプライチェーンの裾野が広い。ロジックの最先端プロセスでは後れを取ったが、材料・装置・基板といった“縁の下”では依然として存在感がある。

ガラス基板は単一企業では成立しない。材料、加工、実装、信頼性評価が一体で初めて量産に至る。日本はこの分業構造に強みを持つ数少ない国の一つだ。

ガラス化が進むほど、「材料×実装」の総合力が問われる。その領域こそ、日本企業が主戦場を持てる可能性がある分野だと言える。

ガラス基板の将来性 ― 「サイズ拡大」と土台の限界

TSMC SoW資料より

添付図が示しているのは、AI半導体が単なる高性能化ではなく、「物理的な巨大化」の段階に入っているという事実である。パッケージは、CoWoS（SoC）の80mm×80mmから、CoWoS（SoIC）の100mm×100mm、さらに120mm×150mmへと拡大している。120mm×150mmとは、スマートフォンより大きい面積だ。もはや“チップ”というより一つの小型基板に近い。

まず単体チップのサイズ感を見てみる。
NVIDIA のH100（Hopper世代）のダイ面積は約814mm²で、およそ28mm×29mmに相当する。これは露光装置のレチクル限界に迫るサイズであり、単体ダイとしてはすでに大面積領域にある。

Nvidia H100

しかし本当に問題になるのは、チップ単体ではなくパッケージ全体の広がりだ。H100ではGPUダイに加えて6個のHBMを搭載し、それらを接続するインターポーザーは約55mm×55mm級に達する。さらに図が示す次世代構成では、80mm角、100mm角、そして120mm×150mmへと拡張されている。これは性能向上というより、構造そのものの拡張である。

ここで材料の限界が問われる。現在主流の有機ABF基板は樹脂材料であり、熱で伸び縮みする性質（CTEが比較的大きい）を持つ。例えば60mm角を超える構造体が動作温度で数十ミクロン単位の膨張差を生じると、反り（warpage）、はんだ接合部への応力集中、配線位置ずれといった問題が発生しやすくなる。サイズが大きくなるほど、この影響は面積比例で拡大する。

100mm級、さらには120mm×150mm級では、従来材料での制御は難易度が一段上がる。そこで浮上するのがガラス基板だ。ガラスは低CTEで熱による寸法変化が小さく、平坦性にも優れるため、大面積構造との相性が良い。巨大AIパッケージにおいて寸法安定性を確保するには合理的な選択肢である。

ただし、ガラスは割れやすく、多層化やビア形成の歩留まり、コスト、既存設備との互換性など課題も多い。そのため小〜中型（〜50mm角前後）では有機ABF基板が依然主流となる可能性が高い。一方で、80mm角を超える超大型AIパッケージ領域では、ガラス基板の合理性が増していくと考えられる。

図が示しているのは、AIがすでに100mm級の世界を目指しているという現実だ。ガラス基板は今すぐ全面置換する材料ではない。しかし、パッケージがこのサイズ領域に入るなら、土台の再設計は避けられない。その分岐点に、いま業界は立っていると読むことができる。

ガラス基板は主流になるのか ― 100mm級の壁を越えられるか

インターポーザーのガラス化は、すでに現実的な選択肢として各社のロードマップに入りつつある。では、その波はパッケージ基板（サブストレート）にまで及ぶのか。答えを左右するのは「材料の優劣」ではなく、「サイズの臨界点」である。

現行世代のAIチップを具体的に見ると、NVIDIA のH100は約28mm×29mm級のダイサイズに達している。単体ダイはすでにレチクル限界近傍だ。しかし問題はダイ単体ではない。複数ダイやHBMを統合したインターポーザーは50mm角を超え、TSMCのCoWoSでは55mm×70mm級が量産されている。さらに80mm角、100mm角、120mm級のパッケージを前提とした設計も視野に入っている。

一方で、Cerebras Systems のように、約215mm×215mm級のウェハースケールエンジンをTSMC が製造している例もある。これはガラスではなくシリコンだが、「物理的には巨大構造が成立する」ことを示す象徴的な事例である。

100mm級を超えると、問題の中心は回路ではなく構造物理に移る。反り、熱膨張差、電源供給、大電流対応――樹脂系の有機ABF基板では面積拡大とともに歪みが増幅する。サイズと電力が比例的に増える限り、土台材料の再設計は避けられない。

とはいえ未確定要素も大きい。有機基板は材料改良や反り補正設計で延命が進んでいる。ガラス側もTGV歩留まり、多層化信頼性、加工コスト低減という量産課題を同時に解かなければならない。

主流化の条件は明確だ。100mm級以上の超大型パッケージが常態化し、大手CPU・GPUメーカーが採用を決断し、量産ラインとエコシステムが成立すること。逆に有機基板が80〜100mm級まで安定対応できれば、全面置換は起きない。

分岐点は「技術的に可能か」ではなく、「100mm級の世界で経済合理性を持つか」にある。

まとめ：ガラスは「答え」ではなく、構造変化の帰結である

ガラス基板化が進みつつある――この表現は方向としては正しい。
しかし本質は材料の流行ではない。

起きているのは、AI半導体の巨大化が、既存材料の物理限界を押し上げているという構造変化である。

単体ダイは30mm級に達し、インターポーザーは50mm角を超え、80mm、100mm、さらには120mm級のパッケージが視野に入る。ウェハースケールという極端な事例まで登場した今、競争の中心はトランジスタの微細化から「巨大構造体をどう成立させるか」へ移った。

その最前線がパッケージだ。

まずは高密度接続を担うインターポーザーでガラス化が現実味を帯びる。次に問われるのが、構造体としての基板である。サイズと電力が増大し続ける限り、反り、熱膨張、電源供給といった物理課題は避けられない。

ただし、ガラスが主流になると断定する段階ではない。有機ABF基板の延命がどこまで可能か、ガラスの量産歩留まりとコストがどこまで改善するかは、まだ決着していない。

今後注目すべきは、

  • 100mm級以上パッケージの量産化動向

  • 大手CPU／GPUメーカーの採用事例

  • ガラスと有機基板の定量的性能比較

  • 歩留まり・コストに関する具体的発表

である。

分岐点は「技術的に可能か」ではなく、「産業として成立するか」にある。

ガラスは夢の材料ではない。
だが、AIが物理的制約を押し広げ続ける限り、合理的な選択肢として検討され続ける。

そして“検討される段階に入った”という事実こそが、AIパッケージが転換点に差し掛かっている証左なのである。

最後まで読んでいただき、ありがとうございます。
もし少しでも参考になったと感じてもらえたら、スキやフォローをしてもらえると今後の更新の励みになります。
引き続き、技術や業界動向をできるだけわかりやすく発信していきます。

#AI時代を考えるために注目している本

AI時代を広い視点で考えるために注目している本を紹介します。

『2034 未来予測――AI（きみ）のいる明日』／中島聡

中島聡さんは、元Microsoftのソフトウェアエンジニアで、Windows 95やInternet Explorerの開発に関わったことで知られる人物です。
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『超知能AIをつくれば人類は絶滅する』／エリーザー・ユドコウスキー、ネイト・ソアレス


AI安全性の分野で長く議論を続けてきた研究者・論者によって書かれた、全米でも話題になったAIリスク本です。
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参考・引用

　SoIC
　https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/soic

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