身近な非粘着素材がAIハードウェア競争に参入
AIシステム内部の接続を高速化しようとするNvidiaの取り組みを受け、テフロンのブランドでよく知られるポリテトラフルオロエチレン（PTFE）に注目が集まっている。魅力は電気的特性にある。PTFEを使えば、一般的な絶縁材料に比べてエネルギー損失を抑えながら、回路基板上で信号を伝送できる可能性がある。
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課題は、この利点を数十層からなる基板で安定して実現することだ。PTFEは他の材料と接着しにくく、比較的柔らかいうえ、加工も難しい。こうした特性を前に、メーカーの対応は慎重姿勢と投資に分かれている。中国のサプライヤーは商機を追い、台湾企業は代替材料や製造コストを比較検討している。
Nvidiaは10月初旬、Open Compute Projectのサミットで新たなNVLinkスイッチボードを披露した。業界関係者は、PTFEが使われる可能性があるとみている。用途としてはRubin Ultra向けスイッチや、将来の直交型ミッドプレーンが考えられる。直交型ミッドプレーンとは、互いに直角に配置された別の基板を接続する基板だ。量産時期や最終的な材料仕様は明らかにされていない。
競争は単一の樹脂にとどまらない。AIサーバー向けに基板が複雑化するなか、銅箔、ガラスクロス、プレス装置、工場の生産能力はいずれも逼迫している。顧客は2027年から2030年までの供給能力の確保を求めており、装置によっては納入まで30カ月かかる。
Nvidiaが信号の長距離伝送を求める理由
AIプロセッサーは連携して動作するために、膨大な情報をやり取りしなければならない。プリント基板（PCB）は部品を搭載し、電気信号や電力を伝える経路を提供する。1レーン当たりの伝送速度が毎秒200ギガビットに近づくにつれ、信号を劣化させずに保つことはますます難しくなる。
PTFEは誘電損失が非常に小さい。つまり、銅の配線を取り囲む絶縁材料に吸収される信号エネルギーが少ない。軍用レーダー、衛星、先進運転支援システム（ADAS）向けレーダーなど、高い性能が求められる用途ではすでに使われている。複雑なAIサーバー基板にも用途を広げれば、この電気的な利点を、より大規模な製造上の課題に持ち込むことになる。
業界関係者によると、Nvidiaは基板間で高速に信号をやり取りできるようにし、複雑な銅ケーブル接続の一部を置き換えることを目指している。銅の配線が長くなると、信号が伝わる間に損失が蓄積するため、周囲の材料に求められる性能も高まる。
計算チップやスイッチングチップの近くに光接続を配置するコパッケージドオプティクスも、通信を高速化する別の方法だ。議論されている用途でこの技術が使えるようになるまでの間、基板材料の改良はより早く実現できる設計上の選択肢となる。実際の焦点は、メーカーが求められる電気的性能を、許容できるコストと生産量で実現できるかどうかだ。
フライパンでは利点となる特性が基板では難題に
銅張積層板（CCL）は、回路基板の基本材料だ。通常は銅箔に樹脂とガラス繊維の補強材を組み合わせる。メーカーはこれらの材料を加工・接合し、サーバー内の電気接続を担う積層構造を作り上げる。
エポキシ、ポリフェニレンオキシド、炭化水素樹脂などの従来型樹脂は、加熱時に接着し、硬化後は剛性を持つ。そのため、その後の穴あけ、めっき、組み立ては比較的容易だ。PTFEは接着しにくいため、製造工程から実際の使用まで、各層をしっかり接合した状態に保つのが難しい。
またPTFEだけでは、AIサーバーで使われる厚く複雑な基板全体に必要な剛性を確保できない。メーカーは一般に、PTFEをより剛性の高い材料と組み合わせた複合構造を検討している。信号品質が特に重要な部分に損失の少ない材料を配置し、それ以外の部分では機械的強度を保つ設計を目指す。
加工には工場の大幅な改修が必要となる場合がある。業界推計によると、一部の多層PTFE基板では、積層時の温度が約300度に達する。一般的なPCB製造ラインには適した設備がない可能性があり、材料を切り替えるには、新たな機械の導入や製造条件の見直し、複数のサプライヤーにまたがる変更が必要になる。
台湾の慎重姿勢と中国の投資
Unimicronの董鼎宇会長は、Nvidiaが3年前にPTFEの開発について同社に打診したと述べている。同氏の説明では、Nvidiaが当初関心を示した背景には先端積層板の不足への対応があり、PTFEが回路基板の主流材料になるかどうかについては疑問を呈している。
GF Securitiesで海外の電子・通信分野の調査を統括する蒲徳宇氏は異なる見方を示す。同氏は、必要性は製品設計に由来すると指摘する。70層を超える基板では、先端材料のM9でも十分な伝送性能を確保できない可能性があるという。また、将来の宇宙空間でのコンピューティング用途がPTFE需要を押し上げるとみている。
業界関係者によると、NvidiaのPTFE関連業務に関わるメーカーは、米国の基板メーカー1社を除いて、主に中国企業だ。積層板メーカーの生益科技や、Nvidia向けを意識した設備に多額の投資を行ってきたPCBメーカーの勝宏科技などが含まれる。
台湾の上場企業では、フレキシブル銅張積層板メーカーの台虹科技と、フレキシブル基板メーカーの嘉聯益科技が参加している。いずれもAIサーバー向けPCBの主要サプライヤーではない。商業規模での生産が依然として大きな課題である一方、こうした動きは、機会が従来のリジッドサーバー基板メーカーにとどまらないことを示している。
台虹科技とE Ink、量産への道を探る
台虹科技の取締役会は10月28日、E InkとPTFE材料を共同開発する覚書を承認した。この計画では、台虹科技の材料と、台湾の新竹および観音にあるE Inkの拠点での試作・検証を組み合わせる。
台虹科技は主要材料を提供し、高速信号伝送向けのPTFE積層板を開発する。E Inkは材料研究、表面処理、製造管理を担う。接着しにくい材料の加工では、表面処理が特に重要となる。
台虹科技の陳永恒会長は、同社が銅張積層板やPTFE技術・製品を含む先端電子材料に長年投資してきたと述べている。今回の協力案は、そうした開発を、製造工程の試験が可能な施設と結び付ける。
提携には、なおE Ink取締役会の審議が必要だ。商業条件や実行の詳細も未確定で、その後の受託製造は進捗次第となる。2つの拠点は試験場所として計画されており、PTFEの商業生産拠点として確定したわけではない。
当時、E Inkとその材料子会社は合わせて台虹科技の約9％を保有していた。E Inkの李政昊会長によると、同社が台虹科技への投資を始めたのは約4年前だ。両社の業務上の関係は、次のような段階を経て深まった。
- 4月2日：陳永恒氏が台虹科技の会長に就任。
- 5月27日：E Inkが取締役選挙で台虹科技の取締役4議席を確保。
- 7月29日：李政昊氏が台虹科技の副会長に就任。
- 10月28日：台虹科技の取締役会がPTFEの共同開発案を承認。
層数の増加は注文だけでなく材料需要も押し上げる
AIサーバーの積層板需要が増えている一因は、基板の層数が増加していることだ。一般的なサーバー基板は約16～20層だが、AIサーバー基板は現在30～40層以上に達している。20層と40層を比べると、1枚の基板に組み込む層数は2倍となる。ただし、実際の材料消費量は基板のサイズや設計にも左右される。
積層板の納期は、約2～4週間から3カ月、あるいは半年に延びている。先端ガラスクロスの一部は割当制で供給されており、顧客が追加発注を希望しても、入手できる量に制限がある。
要求が厳しくなるなか、ガラス繊維の生産も遅くなっている。サプライヤーは一般的な電子用ガラスクロスから、電気的特性に優れた製品へ生産能力を移している。業界推計によると、厚手のクロスから薄手の製品に切り替えると、生産能力が50～70％低下する可能性がある。
Morgan Stanleyは、当面の制約として4点を挙げる。PTFEの加工、薄手Eガラスの供給逼迫、EPM積層プレスの長い納期、そして商業化までさらに2～3年かかると同行が見込むガラス基板だ。これらは生産工程の異なる段階に影響し、完成基板の供給を急速に増やすことを難しくしている。
PTFEは広がる材料競争の選択肢の一つ
Morgan Stanleyによると、台湾の積層板メーカーは炭化水素樹脂、炭化水素樹脂とPTFEの複合材、ベンゾシクロブテン（BCB）を検討している。選択は電気的性能、加工のしやすさ、コスト、大量生産で安定した材料を供給できるかどうかに左右される。
石英クロス（Qクロス）も、高い性能が求められる用途の候補だ。電気的特性に優れる一方、価格は一般的なガラス繊維クロスの50～70倍になることがある。硬くてもろいため、穴あけ加工も難しい。
一般的なガラス繊維基板なら約2,000～3,000個の穴を開けられるドリルビットでも、石英クロスを使った基板では約200個で交換が必要になる場合がある。この数字から、一般的な材料では石英クロスに比べ、交換までに約10～15倍の穴を開けられる計算となり、石英を選ぶと製造コストが大幅に増える。
メーカーは加工上の課題に対処するため、ピコ秒レーザーや超音波穴あけなどの技術を導入している。顧客は複数の材料を組み合わせる設計も可能だ。信号品質が求められる層には先端のM9やM10積層板を使い、それ以外にはより安価な材料を使う。
台光電子材料の董鼎宇会長は、M9はすでに量産中で、M10は翌年に増産が見込まれ、M11は開発中だと述べている。銅箔にも変化がある。表面をより滑らかにすることで、銅の配線を信号が進む際の損失を抑えられる。したがって、樹脂の選択は電気設計の一要素にすぎない。
顧客は将来の生産能力確保に資金を投じる
Goldman Sachsによると、顧客は長期契約、増産補助、前払い、インセンティブを通じて、2027～2030年の生産能力への投資を支援している。台光電子材料、臻鼎科技、銅箔メーカーの金居開発などが、こうした要請を受けている。一部のサプライヤーは、提案されたすべての取り決めを受け入れるのではなく、柔軟性を維持することを望んでいる。
こうした資金支援の背景には、材料と機械の納入に時間がかかる事情がある。Unimicronの簡山傑会長兼最高戦略責任者は、設備の約80％で納期が延び、一部の重要機械では最長30カ月かかると述べている。同氏は2027年に主要材料の不足が需要の20～40％に達する可能性があると推計する。
Nvidiaは、チップとシステムの他の部分を接続する微細配線構造であるチップ基板の生産能力拡大も求めている。関連能力を3年以内に現在の2.5倍に引き上げる計画とされ、日本のイビデンには数十億米ドルを前払いしたと報じられている。
チップ基板とサーバーPCBの役割は異なるが、どちらもAIハードウェアの拡大を受けて投資を呼び込んでいる。工場建設、設備設置、製品認定には発注よりはるかに長い時間がかかるため、顧客は早い段階から資金を投じている。
新工場にも認定済み材料が必要
金居開発は、マレーシアの工場に80億～100億台湾ドルを投資し、先端HVLP4銅箔の生産能力3万トンを計画している。HVLP5製品もサンプルとして提出済みだ。台湾ユニオンテクノロジーは、タイの第1期と第2期工場で月間合計120万枚の積層板生産を計画し、第3期向けの用地も確保している。
こうした増産計画がある一方、原材料不足は依然として大きな懸念だ。ITEQの陳進財会長は、材料不足が同社にとって最大の課題だと述べている。蔡欣民総経理は、ガラスクロスの価格がほぼ毎月上昇しており、供給が緩和し始めるのは2027年後半か2028年になる可能性があると述べた。
最終顧客も材料選定にこれまで以上に関与している。材料の認定後、顧客はPCBメーカーにその特定製品の使用を求めることができる。そのためサプライヤーには、信号損失の少なさだけでなく、品質の安定性や再現性の高い生産も求められる。
NvidiaによるPTFE採用の動きは、こうした要件を一つに結び付ける。高速接続を実現する材料は、多層構造の基板におけるプレス、穴あけ、めっき、組み立てにも耐えなければならない。中国の投資、台湾の代替材料、台虹科技とE Inkの提携は、いずれも同じ実務上の課題に取り組む動きだ。大量生産でも安定して機能する基板を供給することである。
要点
- Nvidiaは、一般的な絶縁材料より信号エネルギーの損失が少ないことから、高度なAI接続向けにPTFEを検討している。
- PTFEは接着しにくく、柔らかいうえ、加工にも手間がかかるため、多層基板の生産を難しくする。
- 中国のサプライヤーが投資を進める一方、台湾メーカーはPTFEの提携や代替材料の開発を進めている。
- 台虹科技とE Inkの提携案では、台湾の2拠点で試験を行う。承認と商業条件はなお未確定だ。
- ガラス繊維、銅箔、装置の供給が逼迫し、積層板の納期は3カ月から半年に延びている。
- 顧客は2027～2030年の生産能力確保を支援する一方、メーカーは電気的性能、コスト、安定供給の両立を迫られている。
