IC基板 - ICチップパッケージ技術の発展過程

集積回路チップは、空気中のほこりや不純物がチップ回路を腐食するのを防ぐために、外部から隔離しなければならないため、カプセル化が必要です

電気性能が低下したり、電気機能が故障したりする原因になります。パッケージとは、半導体集積回路チップを実装するためのハウジングのことでもある。これは、チップの設置、固定、密封、保護、熱伝導性の強化の役割を果たすだけでなく、「チップ内部の世界とチップ上の外部回路との橋渡しでもある。

ボンディングポイントは、プリント基板上のワイヤを介して他のデバイスに接続されたワイヤを介してパッケージハウジングのピンに接続されています。また、パッケージのサイズ、形状、ピンの数、間隔、長さには標準的な仕様があります。それは集積回路のパッケージと加工に便利であるだけでなく、集積回路とプリント基板の集積にも便利であり、関連する生産ラインと生産設備は汎用的である。これは、パッケージユーザ、回路基板メーカー、半導体メーカーにとって非常に便利であり、標準化が容易である。

一般的に、集積回路パッケージには3つの主要な機能があります：1.物理保護、2.電気的接続、3.標準化。

そのため、包装は強い機械性能、放熱性能と化学安定性を持つべきである、良好な電気性能、集積回路パッケージは集積回路の発展に伴い進歩している。軍需産業、宇宙、航空、機械などの各業界の発展に伴い、整機も多機能、小型化の方向に発展しており、集積回路の集積が求められている。ますます高くなり、機能はますます複雑になり、それに応じてますます大きな集積回路パッケージ密度が必要になり、ますます高い適用周波数、ますます良い耐温性、ますます多くのリード、ますます大きな体積になる。重量が小さくなるほど、重量が軽くなる。

ICチップパッケージの歴史は1960年代から70年代まで：二列直挿（DIP）パッケージはICの出現に伴い、全体の生産は主にディスクリートデバイスを主とし、ICは補助とする。この場合、技術的な需要はより安定した仕事を求めるだけである。一方、ICチップの製造はまだ初期段階であり、集積度が低いため、一方、電子管からトランジスタに至るまで、全体の体積は大幅に減少しているため、ICパッケージにはこれ以上の要求はありません。そのため、この段階では、単列直挿（SIP）とピングリッドアレイ（PGA）パッケージを用いて、回路基板（PCB）のピーク溶接組立要求を満たすために、複列直挿（DIP）に代表される最も容易に実現できるパッケージを使用する。このとき、リード間隔は約2.54 mmであった。

1980年代：リードチップキャリア付きプラスチックパッケージ（PLCC）、四角平板パッケージ（QFP）コンパクトパッケージ1978年の表面実装技術（SMT）の導入に伴い、本体のサイズが減少し、回路基板の面積も減少した。SMT技術は発展傾向に順応し、リフロー溶接はピーク溶接の代わりになり、PCBの良率をさらに高め、ICパッケージにも新たな要求を提出した。ICチップ製造技術の発展はその要求に合致している。ICパッケージは、リード間隔が1.27 mmのプラスチックパッケージリードチップキャリア（PLCC）とリード間隔が0.8〜1.0 mmの四角平板パッケージ（QFP）を開発した。コンパクトタイプのパッケージ形式は、小型二列直挿式（S-DIP）、ピンピッチ1.778 mm、小型パッケージ（SOP）、ピン間隔1.778 mm、キャリアテープ自動溶接パッケージ（TAP）などのパッケージを補助する。形が多様化している。しかし、電子製品の小型化、薄型化、組立自動化の傾向に対応するために面積を減らすという目標は1つしかありません。

1990年代初頭と中期：狭ピッチ小外形パッケージ（SSOP）、狭ピッチ四角形フラットパッケージ（SQFP）、ボールグリッドアレイ（BGA）パッケージコンピュータ技術の急速な発展に伴い、パーソナルコンピュータ（PC）に代表されるコンピュータ業界は386から486から586への急速な発展を経験した。世代ごとにIC集積度とその発展を支援する速度は一歩を超えている。一方、コンピュータはハイエンドワークステーションとスーパーコンピュータに拡張され、一方、特にマイクロソフトは画期的なWindowsオペレーティングシステムを発売し、専門家から庶民、企業から家庭までコンピュータ業界に質と量の大きな変化をもたらした。現在、既存のPLCC、QFP、SOPはその開発ニーズを満たすことができなくなっています。PCB SMTでは、より小さくて薄いパッケージが導入されています。狭ピッチ小外形パッケージ（SSOP）は、ピンピッチとともに使用されます。0.65 mm、狭ピッチ四辺リードフラットパッケージ（SQFP）、ピンピッチ0.65 mmを代表的なパッケージ形式とし、特に、内部リード線付きボールグリッドアレイ（BGA）のパッケージ形式を提案し、典型的なBGAは有機的に配列されている。底部は伝統的なパッケージ中のリードフレームに取って代わり、ICの引き出しピンを大幅に増加し、BGAで困難なSMTを実現する原始的な400ピンQFP形式を容易にし、それによって実践中にICチップの高集積度機能を応用することができる。

1990年代後半にはIT業界の台頭、無線通信の繁栄、マルチメディアの出現に伴い、世界的に情報量が急増した。情報とデータの交換と伝送は大容量、高速とデジタル化を実現し、高性能と高性能の電子情報機器の発展を促進した。集積化と高信頼性の急速な発展は電子情報産業を急速に発展させ、その発展を支える重要な技術はICパッケージとPCB SMT技術を含むIC組立技術である。ICパッケージは、電子情報機器のユニットである。近年、急速な発展期に入り、新しい包装形式が次々と登場し、応用されている。ICパッケージはICチップの機能表現だけでなく、チップの保護でもある。また、増加するパフォーマンス、信頼性、放熱、配電のニーズにも一定のコストで対応しています。1）チップ速度と処理能力の向上には、より多くのピン、より速いクロック周波数、より良い配電が必要です。2）より多くの機能、より低い消費電力、より小さいサイズが必要です。3）組み立てた電子製品をより薄く、より軽く、より小さくする。4）より環境保護の要求に符合する。5）価格はもっと安い。

ICパッケージの発展傾向

包装技術は包装材料の発展に大きな推進作用を持っている。逆に、包装材料の発展は包装技術の発展をさらに推進するだろう。両者は互いに促進し合い、制約し合う。近年、包装材料は急速に増加する傾向にある。2003年、全世界の包装材料の総売上高は79億ドルに達し、そのうち剛性包装基板は20億ドル、延性ポリイミド（PI）基板とベルト式自動結合（TAB）基板は3.2億ドル、リードフレームは26億2000万ドルだった。そのうち、金属リードは12億8000万ドル、モールドプラスチックは12億5000万ドル、パッチゴムは2億4000万ドル、ポリイミド樹脂は9000万ドルだった。

液状エポキシ封入材料は7000万ドル、液状底充填は4000万ドル、微溶接ボールは6000万ドルである。2008年、世界の包装材料の売上高は120億ドルに達し、年間成長率は20%だった。

集積回路パッケージと最も密接な関係にあり、同時に最も重要ないくつかの集積回路パッケージ材料の現状と発展傾向を一つ一つ述べた。

エポキシモールドプラスチック（EMC）EMCは、低コストでプロセスが簡単で大規模な生産に適しているため、集積回路パッケージ材料の分野でリードしています。現在、世界の集積回路パッケージの97%がEMCを使用しています。集積回路とパッケージ技術の急速な発展に伴い、EMCはますますその基礎的かつ支持的な役割を示している。

エポキシプラスチック封止剤の技術発展は以下の傾向を示した：

1.VLSIが高密度と高I/O数の方向に発展する必要を満たすために、それは高密度と高I/O数に適応するパッケージ形式（例えばBGA）に向かって発展している。）方向性の発展

2.携帯電話、ノートパソコン、タブレットディスプレイなどに代表される携帯型電子製品の急速な成長の需要に適応するため、小型化、薄型化、非対称化、低コストパッケージ（CSP/QFN）の方向の発展に適応する、

3.無鉛半田とグリーン環境保護の要求を満たすために、高耐熱、無臭素難燃の方向に急速に発展した。

高密度多層パッケージ基板高密度多層パッケージ基板は、主に半導体チップと従来のプリント基板（PCB）との間の電気的遷移として使用され、同時にチップに保護、支持、放熱を提供する。パッケージ基板はBGAとCSPに基づく先進的なパッケージデバイスの製造コストの中で大きな割合を占め、それぞれ40%〜50%、70%〜80%に達することができる。

液体エポキシ封入材料はマイクロ電子封入技術の第3次革命的変革の代表的な封入材料である。BGAとCSPに必要な重要なパッケージ材料の1つであり、主にFC-BGA/CSPの液状エポキシ下地フィラー（underfill）と液状エポキシチップパッケージ材料（Encapsulants）の2種類が含まれている。

高分子感光性樹脂高分子感光性樹脂は主にポリイミド感光性樹脂（PSPI）、BCB感光性樹脂、エポキシ感光性樹脂の3種類を含む。これらは主にBGAとCSPチップの表面半田ボールアレイの造球プロセスと多層堆積（BUM）に使用されている。パッケージベースのエピタキシャル信号線の層間絶縁はBGA/CSPの重要なパッケージ材料である。

導電性/熱伝導性接着剤の高性能導電性/熱伝導性接着剤は主に導電性接着剤、熱伝導性接着剤などを含み、主にICチップをリードフレームや基板に貼り付けるために用いられる。現在市場で最も一般的な導電性接着剤と熱伝導性接着剤は主にエポキシ樹脂またはポリウレタンエステルであり、シリコーン樹脂などは基体樹脂であり、シート状導電性銀粉（またはアルミナ、窒化ケイ素など）を充填し、その後硬化剤、促進剤、界面活性剤、カップリング剤などを添加して、必要な総合性能を達成する。また、電子製品の高い耐熱性の要求を満たすために、ポリイミドをマトリックス樹脂として用いることもできる。エポキシ導電性接着剤は2種類に分けることができる：等方性導電性接着剤と異方性導電性接着剤。組成に応じて、エポキシ導電性接着剤は1成分と2成分の2つの形式に分けられる。現在、単一成分が主な形態である。

パッケージシステムの静電処理はミクロン、サブミクロン、深サブミクロン及びナノスケール集積回路技術の発展に伴い、集積回路の内部絶縁層はますます薄くなり、その帯電防止性能はますます弱くなり、電荷を発生し蓄積する材料（プラスチック、ゴムなど）の大規模な使用及び使用過程における静電防護が不足し、静電放電による集積回路への損害はますます深刻になっている。そのため、関連する静電防護措置を制定する必要がある。集積回路の静電保護はチップ設計、ウエハ加工、パッケージなど多くの要素を組み合わせて考慮する必要がある。静電放電は集積回路の性能、良率、信頼性と不可分の関係がある。チップは一般的に電源クランプESD保護回路構造、電源バスESD保護回路構造と電流分流などによって設計され、半浮遊ゲート、安定器、基板結合などの技術を用いて回路を改良し、それによって静電放電過程において回路を効果的に保護する。ウエハ加工と集積回路パッケージ生産ラインの静電保護措置は似ている。静電放電は集積回路を破壊し、破壊性、潜在性、緩慢な故障を引き起こす。パッケージ中に静電的に完全に破壊され、破損した回路は、製造またはテスト中に拒否されることができます。しかし、静電放電によって完全に破壊されていない場合、回路は潜在的な信頼性の危険性があります。複雑な機器を使っても、性能の変化を検出するのは難しい。しかし、回路の使用に伴い、静電放電による累積損傷が深くなり、深刻になる。

回路の故障を引き起こす。そのため、有効なシステム静電防護は集積回路パッケージラインの生産製造の品質と信頼性を保証するために重要な意義がある。

集積回路の早期故障は電子製品と機械全体の内部品質に影響する主要な要素である。早期失効の形式は多種多様で、切屑表面の弾坑は重要な要素である。周知のように、集積回路パッケージは圧着によってチップとリードフレームを電線で接続し、その後プラスチックパッケージ剤でパッケージし、集積回路チップに出力と保護を提供し、人為的または環境要因の損傷を回避し、集積回路の安定性を確保し、動作に頼ることができる。ピットとは、集電回路のパッケージ化中に、様々な要因によりチップのアルミニウムパッドアルミニウム層とその下のシリコン化合物が破壊される現象を指す。集積回路設計技術の急速な発展に伴い、チップの小型化と多機能化はチップ設計における多層配線の出現をもたらし、アルミニウムパッド下にデバイスと回路を有する製品の数は増加している。同時に、銅線技術と植球技術も登場した。製品の信頼性を高めるためには、パッケージ技術などの高品質、低コスト製品に対する顧客の要求の下で、IC溶接口と早期故障を防止することがますます重要になってきている。

ICパッケージの展望

技術的な観点から見ると、ICパッケージはDIPからWLPCSPとSOCに発展し、表面から内層への機能転換を実現し、簡単から複雑への進歩を実現した。将来のパッケージ技術はSMTとICチップ製造と結合され、ICパッケージに2つの極端をもたらすだろう。

1.複雑で多機能な電子機器について、多機能集積を実現する必要があるため、パッケージはより複雑になり、技術集積はさらに強化される。

2.SOCのため、システムの統合により、共通の機能を持つ電子機器の外部表現が簡単になります。ICパッケージはまだある程度回帰するだろう。

社会的ニーズの観点から見ると、シンプルなラジオからパソコン、今日の複雑なスーパーコンピュータまで、IT業界は盛んではなく、社会的ニーズも二極化する：1。より強力で複雑な公共ITを用いて電子機器を伝送し、情報の高速伝送のために橋を架ける。2.PC、携帯電話、電子事務用品などの最終的な公衆需要に対する個人電子消費財は、小型化と個性化の方向に向かって発展している：社会の需要も多様化とグリーン化の方向に延びる。

以上の法則から分かるように、ICパッケージは一方ではより高いレベルに伸びている：高密度、高速、高信頼性、多様化と環境保護はその発展傾向と未来の主流である。一方、開発中にすでに存在していたパッケージ形式のいくつかは、集積度の向上と機能の強化に伴い、元のマシン全体が最初の半導体などの単一チップになることができるため、しばらくの間存在するだろう。ラジオは耳に入るほど小さいシングルラジオに発展している。