ICパッケージング
ジャンプ先：
- ICパッケージングとは何ですか？
- ICパッケージングが重要な理由
- ICパッケージングとは
- ICパッケージタイプ
- IC設計の考慮事項
- 最も一般的なタイプのICパッケージは何ですか
- 代替ICパッケージの材料と組み立て方法
- ダイアタッチマテリアルとは何ですか？
- ワイヤーボンドアセンブリの種類
- カプセル剤
- ICパッケージングについて
半導体が長年の使用で確実に機能するためには、各チップが要素や起こりうるストレスから保護されたままであることが重要です。それは2つの質問に私たちをもたらします-集積回路（IC）パッケージングとは何ですか、そしてなぜそれがあなたの電子機器アプリケーションに不可欠なのですか？エレクトロニクス業界で働いていて、ICパッケージング材料がどのように機能するかがはっきりしない場合は、ICパッケージングの背後にある考え方の基本的な内訳を次に示します。
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ICパッケージングとは何ですか？
ICパッケージングとは、半導体デバイスを含む材料を指します。パッケージは、回路材料を腐食や物理的損傷から保護し、回路材料をプリント回路基板（PCB）に接続する電気接点を取り付けることができるように回路材料を囲むケースです。集積回路にはさまざまな種類があります。したがって、外殻に関しては、回路設計の種類によってニーズが異なるため、考慮すべきICパッケージングシステムの設計にはさまざまな種類があります。
ICパッケージングが重要な理由
ICパッケージングは、半導体デバイス製造の最終段階です。この重要な段階で、半導体ブロックは、潜在的に損傷を与える外部要素や経年劣化の影響からICを保護するパッケージで覆われます。パッケージは基本的に、ブロックを保護し、電子デバイスの回路基板に信号を送る電気接点を促進するように設計されたケースです。
ICパッケージング技術は、ボールグリッドアレイ（BGA）パッケージがエレクトロニクスパッケージングメーカーの間で最初に使用されるようになった1970年代から進化してきました。 21世紀の夜明けに、パッケージテクノロジーの新しいオプションは、ピングリッドアレイパッケージ、つまりプラスチッククワッドフラットパックと薄いスモールアウトラインパッケージを凌駕しました。 2000年代が進むにつれ、Intelのようなメーカーはランドグリッドアレイパッケージの時代を迎えました。
一方、他のパッケージタイプよりも多くのピン数に対応するフリップチップボールグリッドアレイ（FCBGA）は、BGAに取って代わりました。 FCBGAには、エッジだけでなく、ダイ全体の入力信号と出力信号が含まれています。
ICパッケージタイプ
形成に基づいてICパッケージ設計を分類するさまざまな方法があります。そのため、ICパッケージにはリードフレームタイプと基板タイプの2種類があります。
ICパッケージタイプの名前は何ですか？
ICパッケージの基本的な構造定義を超えて、さらなるカテゴリは相互接続の二次タイプを区別します。 ICパッケージのさまざまなカテゴリの詳細については、以下を参照してください。
- ピングリッドアレイ： これらはソケット用です。
- リードフレームおよびデュアルインラインパッケージ： これらのパッケージは、ピンが穴を通過するアセンブリ用です。
- チップスケールパッケージ： チップスケールパッケージは、シングルダイの直接表面実装可能なパッケージであり、ダイの面積の1.2倍よりも小さい面積です。
- クワッドフラットパック： リードレス品種のリードフレームパッケージ。
- クワッドフラットノーリード： 表面実装に使用される、チップサイズの小さなパッケージ。
- マルチチップパッケージ： マルチチップパッケージまたはマルチチップモジュールは、複数のIC、ディスクリートコンポーネント、および半導体ダイを基板に統合し、マルチチップパッケージがより大きなICに似るようにします。
- エリアアレイパッケージ： これらのパッケージは、チップの表面積の任意の部分を相互接続に使用できるようにすることで、スペースを節約しながら最大のパフォーマンスを提供します。
多くの企業がエリアアレイパッケージを利用していることに注意することが重要です。この点での最も重要な例は、BGAパッケージです。これには、小さなチップスケールパッケージ（QFNパッケージと呼ばれることもあります）やより大きなパッケージなど、さまざまな形式があります。 BGAの構築には有機基板が含まれ、その最適な用途はマルチチップ構造です。マルチチップモジュールとパッケージは、システムオンチップフォーマットを使用するソリューションの主要な代替手段です。その他のオプションには、2段式および両面相互接続パッケージが含まれます。
さらに、ウェーハレベルパッケージング（WLP）として知られるウェーハICアセンブリのカテゴリは、業界用語で注目を集めています。ウェーハレベルパッケージでは、構造はウェーハの面で発生し、フリップチップのサイズのパッケージを作成します。もう1つのウェーハレベルパッケージは、ファンアウトウェーハレベルパッケージング（FOWLP）です。これは、従来のWLPソリューションのより高度なバージョンです。パッケージの外層が取り付けられた後にウェーハがダイシングされるWLPとは異なり、FOWLPウェーハダイシングが最初に行われます。
IC設計の考慮事項
アプリケーションに適したICパッケージを選択することは、ICパッケージの製造に関わる幅広い設計上の考慮事項に関する技術情報を知ることから始まります。たとえば、ICパッケージに適した材料組成と基板を知っておく必要があります。リジッドパッケージ基板とテープパッケージ基板の違いを知ることも重要です。多くの企業は、リードフレームの代わりにラミネートを使用することを検討し、金属導体とうまく機能する基板を選択しています。
設計上の重要な考慮事項の詳細については、以下をご覧ください。
材料組成
ICパッケージの性能は、その化学的、電気的、および材料の構成に大きく依存しています。機能の違いにもかかわらず、リードフレームとラミネートパッケージはどちらも材料組成に大きく依存しています。一般的なフォーマットであるリードフレームパッケージは、スポットメッキ方式で取り付けられたシルバーまたはゴールドのワイヤーボンド仕上げを使用しています。これにより、プロセスがよりシンプルで手頃な価格になります。
セラミックパッケージでは、Alloy 42は下にある材料で機能するため、広く使用されている金属タイプです。プラスチックパッケージでは、はんだ接合を保護し、導電性を提供するため、銅製のリードフレームが適しています。特定の地域でのポリシーにより、材料は表面実装プラスチックパッケージの重要な要素の1つでもあります。
欧州規格の改訂により、鉛の仕上げは次のレベルのパッケージングアセンブリで徹底的に精査されてきました。目的は、簡単に塗布でき、業界全体で長年の定番となっているスズ-鉛はんだの実行可能な代替品を見つけることでした。ただし、サプライヤ間の競争が広まっていることもあり、メーカーはまだ単一のソリューションを統一していません。主要な問題が今後しばらくの間解決する可能性は低いです。
リードフレームの代替
1970年代後半から、チップツーボードアセンブリのリードフレームの代替としてラミネートが登場しました。今日、ラミネートは、セラミック基板と比較した場合の相対的な費用対効果のために、ICパッケージングソリューション業界全体に普及しています。最も人気のあるラミネートは、優れた電気的特性を提供し、より手頃な価格の有機高温タイプです。
該当する基板
半導体パッケージの人気が高まる中、適用可能な基板やインターポーザの需要も高まっています。基板は、基板に機械的強度を与え、外部デバイスとの接続を可能にするICパッケージの一部です。インターポーザーは、パッケージ内の接続ルーティングを有効にします。場合によっては、「基板」と「インターポーザー」という言葉は交換可能です。
リジッドパッケージ基板とテープパッケージ基板の違い
パッケージ基板には、リジッドとテープの種類があります。リジッド基板はしっかりしていて形状がはっきりしていますが、テープ基板はスリムで柔軟性があります。 IC製造の初期には、基板はセラミック材料で構成されていました。今日、ほとんどの基板は有機材料で作られています。
基板が積み重ねられて剛性基板を形成する複数の薄層で構成されている場合、それはラミネート基板として知られています。 IC製造で最も一般的な2つのラミネート基板は、FR4とビスマレイミド-トリアジン（BT）です。前者はエポキシで構成され、後者は高級樹脂材料です。
BT樹脂は、その絶縁性と低誘電率のおかげで、IC業界で人気のあるラミネート材料の1つとして登場しました。 BGAでは、BTがすべての基板の中で最も一般的に使用されています。 BTは、チップスケールパッケージ（CSP）ラミネートの樹脂としても人気があります。一方、世界中の競合他社が新しいエポキシとエポキシブレンドの代替品を製造しており、BTにそのお金をかけさせる恐れがあり、今後数年で市場の競争が激化するにつれて、全体的な価格が下がる可能性があります。
剛性基板の代替として、テープ基板は主にポリイミドおよび他のタイプの耐熱性、耐久性のある材料でできています。テープ基板の利点は、回路を同時に移動して運ぶことができることです。これにより、テープ基板は、高速で一定の動きの中で回路を運ぶディスクドライブやその他のデバイスで推奨される選択肢になります。テープ基板のもう1つの主な利点は、軽量であるということです。つまり、適用された表面にわずかな重さも追加されません。
金属導体を補助する基板
ICパッケージには、信号をさまざまな相互接続機能にルーティングできる金属導体も付属している必要があります。したがって、基板がこのプロセスを容易にするのを助けることが不可欠です。基板は、チップの入力信号と出力信号をパッケージ内のシステム上の他の機能にルーティングします。基板内のラミネートに接着された箔（通常は銅）を配置することで、金属の導電性を実現します。金とニッケルの浸漬層は、相互拡散と酸化を防ぐために、銅の仕上げとして適用されることがよくあります。
最も一般的なICパッケージタイプは何ですか？
リードフレームは最も一般的なICパッケージタイプです。これらのパッケージは、銀または金メッキ仕上げのワイヤーボンド相互接続ダイに使用します。表面実装プラスチックパッケージの場合、メーカーは銅のリードフレーム材料を使用することがよくあります。銅は導電性が高く、コンプライアンスが非常に高いため、この目的に役立つ可能性があります。
代替ICパッケージの材料と組み立て方法
多くのメーカーが実際のリードフィニッシュリードフレームICパッケージから離れようとしていますが、それらは非常に長い間頻繁に使用されているため、一部のメーカーにとっては困難な移行です。最も一般的なパッケージは次のとおりです。
- デュアルインラインパッケージ： デュアルインラインパッケージは、長方形のICピースの水平エッジに沿った2列の電気ピンで構成されています。デュアルインラインパッケージは、スルーホールまたはソケットのいずれかを備えた回路基板に取り付けられます。
- 小さなアウトラインパッケージ： シンスモールアウトラインパッケージ（TSOP）は、水平方向のエッジに沿って小さなピンが付いた長方形の形状で構成されるICコンポーネントです。 TSOPは、RAMとフラッシュメモリに電力を供給するICで一般的です。
- クアッドフラットパッケージ： クワッドフラットパッケージ（QFP）は、4つのエッジのそれぞれに沿ってリード線が付いたフラットな正方形のICコンポーネントです。 QFPを貫通穴に取り付けることはできず、このタイプのパッケージでソケットを使用できることはめったにありません。 QFPは、ピッチ範囲に応じて、最小32ピンまたは最大304ピンを持つことができます。 QFPのバリエーションには、ロープロファイルとシンが含まれます。日本の電子機器メーカーは1970年代に最初にQFPを使用しましたが、パッケージタイプは、90年代初頭まで北米とヨーロッパで注目を集めることはありませんでした。
- ボールグリッドアレイ： BGAは、コンピュータ機器で一般的に見られるチップ搭載の表面実装パッケージです。周囲だけが接続できる他のICパッケージとは異なり、底面全体をBGAに取り付けることができます。ボール接続が短いため、BGAはすべてのICパッケージの中で最高速度のいくつかを提供します。 BGAは、RAMスティックおよびUSBカード（RAMおよびスピーカーカードを含む）で一般的です。 BGAでのはんだ付けプロセスには、精度が必要です。
セラミックベースのパッケージなどの基板パッケージには、IconelやAlloy 42などのセラミックと熱膨張係数（CTE）が類似した合金が必要です。ダイの取り付けプロセスでは、特殊なダイを使用してダイを基板に接着します。 -表向きのワイヤーボンドアセンブリで使用できる材料を取り付けます。ホットスポットにつながる可能性があるため、取り付けられた材料の隙間を避けることが重要です。優れたダイアタッチ材料は、導電性と熱伝導性があり、基板パッケージに最適です。
より高いパフォーマンスが必要な場合、またはI / O数が多い場合は、代わりにラミネートを使用します。ラミネートパッケージは、セラミック基板に代わる優れた低コストの代替品であり、誘電率も低くなっています。
ダイアタッチ材料とは
このICパッケージタイプは、2つの主要な機能を果たします。 1つ目は、外部要因によって引き起こされる可能性のある損傷からダイを保護することです。 2つ目は、入力と出力を管理しやすい細かいピッチに再配分することです。さらに、このパッケージは、スタックされたダイから離れて熱経路を適切に方向付ける標準化された構造を提供します。全体として、この構造は電気的テストに適しており、エラーに対する耐性が高くなっています。
ダイアタッチ材料は、ワイヤーボンドの品質を低下させる可能性のあるガス放出を回避するためにメーカーが設計した液体またはフィルム材料のいずれかです。これらの材料は応力緩衝材としても機能するため、CTEが基板と完全に一致していなくても、ダイは破損しません。
ダイアタッチ材料を適用する方法はいくつかありますが、その中には他の方法よりも複雑なものもあります。ほとんどの用途では、ダイアタッチは、ワイヤボンドが表面の面にあるアセンブリに適用されます。すべての場合において、ダイアタッチ材料は熱伝導性です。特定のアセンブリでは、ダイアタッチによって導電性も提供されます。スポットがダイと一緒に熱くなりすぎるのを防ぐために、メーカーは通常、材料のボイドを防ぐことを目指しています。液体とフィルムの両方のダイアタッチ材料は、ガス放出に抵抗し、ダイを損傷から保護します。
ワイヤーボンドアセンブリの種類
ワイヤーボンドアセンブリには、次の3つの形式があります。
- 熱圧着
- 超音波ボールボンディング
- 室温超音波ウェッジボンディング
選択したワイヤボンディングアセンブリタイプには、さまざまなアセンブリ機能があります。ワイヤボンディングでは通常、金線を使用しますが、窒素が豊富なアセンブリ環境の場合は、代わりに銅線を使用できます。アルミニウムワイヤを使用したウェッジボンディングは、経済的な代替手段になる可能性があります。
超音波ボンディングは、コンポーネントアセンブリの表面の穴を通るワイヤフィードから始まります。このプロセスには、ダイと基板の結合が含まれます。
超音波熱圧着は、シリコンICをコンピューターに接続するために使用されるプロセスです。このプロセスでは、パーソナルコンピュータとラップトップの回路を統合する中央処理装置のコンポーネントを組み立てます。
超音波熱圧着は、熱エネルギー、機械エネルギー、超音波エネルギーで構成されています。このプロセスを実行するマシンには、電気エネルギーを圧電性に変換するトランスデューサーが含まれています。
熱圧着は、力と熱を組み合わせて2つの金属を接合する方法です。この方法は、ウェーハボンディング、拡散ボンディング、ソリッドステート溶接、および圧力接合とも呼ばれます。熱圧着は、表面実装の前に電気構造とデバイスパッケージを保護します。この方法には、表面と粒界の拡散が含まれます。
カプセル剤
封止材はICパッケージの最後の部品であり、導体とワイヤを環境的および物理的損傷から保護するのに役立ちます。それらは、エポキシまたはエポキシブレンド、シリコーン、ポリイミド、または溶剤ベースまたは室温で加硫可能なものから作ることができます。選択する残りのコンポーネントは、集積回路とアプリケーションの特定のニーズによって異なります。
プリント回路基板は、産業および自動車環境で静電気のほこりに対して脆弱である可能性があります。 PCBの機械的特性を保護するために、メーカーは現在カプセル化樹脂を使用しています。
保護バリアとして、ポッティングと封止材は、ほこりやその他の大気要素がPCBのメカニズムに害を及ぼすのを防ぐのに非常に効果的です。十分な樹脂があれば、封止材は振動、衝撃、外部要素のストレスからPCBを保護できます。アプリケーションが効果的に機能するためには、樹脂がさまざまな潜在的な作業環境での適合性についてテストされる必要があります。これらの設定でのユニットの機能も評価される必要があります。
一部のメーカーは、ポッティングおよびカプセル化樹脂の代わりに、PCBの重量や寸法に影響を与えることなく、各ボードの形状にぴったりとフィットし、強度と耐久性を提供するコンフォーマルコーティングを使用しています。コーティングは通常、通常の大気環境でテストされます。各テストでは、特定のコーティングが検査対象のPCBの電気的および機械的機能に及ぼす影響を示します。
封止材には3つの基本的な種類があります。主な材料は、純粋またはブレンドのエポキシです。エポキシは有機樹脂で構成されており、一般的に手頃な価格であるため、メーカーの間で人気があります。封止材ICチップに使用されるもう1つの普及している材料はシリコーンです。これは炭素ベースではないため、有機樹脂ではありません。シリコーン樹脂は一般的に溶剤ベースです。あるいは、一部の樹脂は室温で加硫可能であり、湿気と接触すると硬化する可能性があります。シリコーンは、高温および低温の設定での柔軟性のために人気があります。
ポッティングおよびカプセル化樹脂は、コンフォーマルコーティングと同様に、いくつかの異なる配合で提供されます。各配合は、特定の範囲の大気条件に対してバランスが取れています。テストを通じて、メーカーはどの配合が特定の環境に最も適しているかを判断できます。通常の状況では、ほとんどの種類の樹脂とコーティングがPCBを十分に保護します。より過酷な設定では、ボードは通常、アクリルなどの特殊な材料でコーティングする必要があります。 PCBが水中環境での使用を目的としている場合は、超強力コートが最適なオプションの1つです。
シリコーン製の樹脂は、さまざまな環境で最適なPCB性能を提供します。 PCB設計の場合、一般的にポリウレタンやエポキシよりもシリコーンの方が適しています。これらの最後の2つの間で、ポリウレタンはさまざまな設定でより信頼性の高い材料です。ポリウレタン樹脂は、塩水浸漬の保護として海洋環境で効果的です。
ICパッケージングについて
市場のトップを維持するには、ICパッケージングのトレンドに遅れないようにすることが重要です。このようにして、競争力を維持し、ICパッケージ材料市場に適切な投資を行うことができます。さまざまな市場セグメントが、包装材料の価格、人気、入手可能性に影響を与えます。さらに、地域規模の傾向は、世界の特定の地域で包装材料の使用量が増減するかどうかに影響を与える可能性があります。
IC市場の動向に関するニュース、統計、情報については、利害関係者は、すべてIC業界の枠組みの中で、カテゴリとアプリケーションに応じて物事を分類した半導体およびICパッケージング材料市場レポートを読む必要があります。業界内の専門家は、設計データ管理を使用して設計ソリューションに関する情報を収集およびレビューし、それぞれが製造業者、サプライヤー、小売業者としての洞察を表に出し、バリューグリッド全体から全体像を提供します。
自然災害、気候変動、政治的混乱、破壊的技術、文化の変化など、いつでも突然の予期しない出来事が市場に影響を与える可能性があります。 ICフロントの利害関係者として、ICパッケージングを常に把握するには、パッケージング材料の生産、供給、輸出、輸入、価格設定、完全性分析、および全体的な成長率に関する傾向を認識し、それらを定期的に調べて計画を立てる必要があります。 、それに応じて予算を立て、収益を保護します。
ミレニアム回路からのICパッケージング
ご覧のとおり、電子システムのICパッケージングには多くの要素があり、電子産業のプレーヤーとして、それらを理解し、高度なパッケージングの新しい開発に遅れないようにすることが不可欠です。特に、パフォーマンス要件に関してコンポーネントにどのように影響するかについてです。 。 ICパッケージングのいくつかの側面は、おそらく今後数年間は比較的安定しているでしょうが、他の側面は大幅に変わる可能性があるため、ゲームの先を行くことをお勧めします。変更が発生する可能性が高い場所を知ることで、変更への対応を改善できます。
さまざまなタイプのICパッケージング、または回路やプリント回路基板に関連するものについて質問がある場合は、今すぐMillenniumCircuitsの専門家に連絡してください。私たちは、お客様が私たちが使用している電子機器を完全に理解できるよう支援することに大きな誇りを持っています。お客様がビジネスに最適な電子部品について最善の決定を下せるように、必要な設計および検証情報を提供させていただきます。
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