IC基板 - ICチップパッケージ技術の発展過程

ICチップパッケージの概要パッケージは、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止するために、チップを外部から隔離しなければならないため、集積回路チップにとって必要であり、電気性能の低下や電気機能の故障を招くことがある。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を接続する架橋でもあります。接合点は、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るパッケージ筐体のピンにワイヤを介して接続されています。また、パッケージのサイズ、形状、ピンの数、間隔、長さには標準仕様があります。集積回路のパッケージと加工だけでなく、集積回路とプリント基板の集積にも便利で、関連する生産ラインと生産デバイスは共通です。これはパッケージユーザー、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す。そして標準化しやすいです。

一般的に、集積回路パッケージには主に3つの機能があります：1。物理的保護、2.電気的接続、3.標準化。そのため、包装は比較的に強い機械性能、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、標準サイズと形式。集積回路パッケージは集積回路の発展に伴って発展する。軍事、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、集積回路の集積が必要となっている。ますます高くなり、機能はますます複雑になり、それに応じて集積回路のパッケージ密度がますます大きくなり、適用頻度がますます高くなり、耐温性がますます良くなり、リード線がますます多くなり、体積がますます大きくなることが要求されている。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。このときの技術的需要は、より安定した仕事を求めるだけである。一方で、ICチップの製造はまだ初級段階であり、集積度が低いため、一方、電子管からトランジスタまで、機械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、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し、単列直挿（SIP）とピングリッドアレイ（PGA）パッケージを補助し、回路基板（PCB）のピーク溶接コンポーネントの需要を満たしている。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）、四平面パッケージ（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、本体サイズが減少し、回路基板面積も減少した。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、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。集積回路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4平面パッケージ（QFP）を開発した。コンパクトなパッケージ形式には、小型2列直挿式（S-DIP）、ピンピッチ1.778 mm、小型パッケージ（SOP）、ピンピンピンピッチ1.778 mm、テープキャリア自動溶接パッケージ（TAP）などが付属し、パッケージ形式はますます多様化している。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縮小することを目標としているのは1つだけです。

1990年代初めと90年代中期：狭ピッチ小輪郭パッケージ（SSOP）、狭ピッチ四平面パッケージ（SQFP）、ボールグリッドアレイパッケージ（BGA）は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までの急速な発展を経験した。各世代の発展に伴い、集積回路の集積度とその発展をサポートする速度は一歩を超えた。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、コンピュータを専門家から庶民に、企業から家庭に変え、コンピュータ業界の品質と数量に大きな変化をもたらした。この場合、既存のPLCC、QFP、SOPは開発要件を満たすことができなくなります。PCB SMTには、より小さく、より薄いパッケージが導入されている。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線扁平パッケージ（SQFP）、ピンピッチ0.65 mmを代表パッケージ形式とする、特に、内部リード線を有する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を有機的に並べた。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引き出しピンを大幅に増加し、BGA中でSMTを実現することが困難な原始的な400ピンQFP形式を容易にし、それによってICチップの高集積度機能を実践に応用することができる。

1990年代中後期、情報技術産業の台頭、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転送は大容量、高速化とデジタル化を実現し、高性能、高性能電子情報機器の発展を推進した。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細胞である。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チップの機能表現としてだけでなく、保護チップ、また、成長するパフォーマンス、信頼性、放熱、電力分布にも一定のコストで対応しています。1）チップ速度と処理電力の増加には、より多くのピン、より速いクロック周波数、より良い電力分布が必要です。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

包装材料の発展包装技術は包装材料の開発に大きな推進作用を持っている。逆に、包装材料の発展も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、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の売上高は20億ドル、靭性ポリイミド（PI）基板とテープ自動接着（TAB）基板の売上高は3.2億ドルに達し、リードフレームの売上高は26.2億ドルに達した。そのうち、12億8000万ドルは金属リード用、12億5000万ドルは化合物の成形用、2億4000万ドルはパッチ接着剤用、9000万ドルはポリイミド樹脂用である。

液状エポキシ封入材料は7000万ドル、液状プライマーは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。

エポキシ成形化合物（EMC）EMCは、コストが低く、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る。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とサポートの役割を示している。エポキシプラスチック封入剤の技術発展傾向は以下の通りである：

1.VLSIが高密度、高I/O数の方向に発展する必要を満たすために、高密度と高I/O数に適応するパッケージ形式（BGAなど）に向かっている。）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し、小型化、薄型化、非対称化、低コストパッケージ（CSP/QFN）方向の発展に適応するため、

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

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機能するとともに、チップに保護、支持、放熱を提供する。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では、パッケージ基板は40%〜50%、70%〜80%の大きな割合を占めている。

液状エポキシ樹脂封止材液状エポキシ樹脂包装材は、マイクロ電子封止技術の第3次革命的変革の代表的な封止材である。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（underfill）の液状エポキシ下地充填剤と液状エポキシチップパッケージ材料（Encapsulators）の2種類を含む。

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組立（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、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、単一コンポーネントが主な形式です。

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、深サブミクロンと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、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）の高分子有機物の大規模な使用と使用過程における静電保護が不足し、静電放電による集積回路の破壊が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、ウエハ処理、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、歩留まり、信頼性と密接な関係がある。このチップは通常、パワークランプESD保護回路構造、電源バスESD保護回路構造と電流分流器などの設計を採用し、半浮遊ゲート、安定器、基板結合などの技術を採用して回路を改良し、それによって静電放電時に回路を実行する。有効保護。ウエハ加工と集積回路パッケージプロセス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、遅い故障を持つ。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保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上で重要な意義がある。

パッケージシステムのバンカー問題集積回路の初期故障は、電子製品と機械全体の内部品質に影響を与える主要な要素である。初期の故障形態は多種多様であるが、切屑表面ピット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リード線で接続し、その後プラスチックシール剤でパッケージし、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、信頼性のある動作を確保する。窪みは、収集回路のパッケージ化の過程で、チップのアルミニウムパッドアルミニウム層と下のシリコン化合物が様々な要因により破壊される現象である。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により、チップ設計に多層配線が出現し、アルミニウムパッドの下にデバイスと回路を持つ製品が増えている。同時に、銅線技術と種球技術が登場した。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バンプの防止や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、これまで、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変換を実現し、簡単から複雑になってきた。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、技術の集積はさらに強化される。

2.SOCの存在により、システムの統合は、汎用機能を有する電子機器に対してその外部表現形式をより簡単にする。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PC、そして今日の複雑なスーパーコンピュータに至るまで、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による電子機器の伝送を通じて、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、最終的な大衆ニーズをターゲットとした個人向け電子消費製品は、社会のニーズも多様化とグリーン化の方向に伸びている。

以上の法則から分かるように、ICパッケージの一方はより高いレベルに向かって伸びている：高密度、高速度、高信頼性、多様化と環境保護はその発展傾向であり、未来の主流でもある。一方、開発過程ですでに存在している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、一定の期間内に存在するだろう。このラジオは耳に入るほど小型のモノリシックラジオに発展している。