半導体パッケージとは
半導体 (IC) パッケージとは、半導体チップに装着するケース部品です。
半導体チップをカバーした状態で、他の電子部品とともに電子基板に実装されます。半導体チップへの電源供給や外部の環境 (温度や湿度の変化やごみ) からの半導体チップの保護、更に半導体チップの内部から発生する信号を周辺のデバイスに伝え、周辺のデバイスからの信号を内部に取り込む重要部品です。
半導体パッケージは、半導体チップの性能を最大限に発揮するため、様々な角度からサポートを行う役割を持ちます。
半導体パッケージの使用用途
半導体パッケージは、スマートフォンやタブレットなどに使用されています。最近では、これらのほか宅内の各種電子機器などにおいても小型化、軽量化、高機能化がどんどん進んでいます。
その結果、これらの機器の制御基板に実装される半導体および半導体パッケージも同様に小型化、軽量化、高機能化が求められ、機器の進化とともにパッケージも進化しました。さらには、用途によるパッケージの開発が進められており、新たな構造の技術も生まれています。
特にセンサー機器用のパッケージは複数の波長を参照するため、複数の機構を1つのパッケージでカバーできる構造にするケースが増加傾向です。半導体チップの微細加工による集積度向上の結果、このように従来では実現しなかった技術が実現可能となっています。
半導体パッケージの原理
半導体パッケージは半導体との電気接続を担う構造と、半導体自体を保護する構造で成り立っています。電気接続の為、端子部品が備え付けられており、用途やスペックにより端子は材質が異なります。
高スペックな用途に対しては、金メッキ品が使用されるケースが多いです。保護する部分は封止材と呼ばれ、素材として主に金属が使用されていました。
軽量化やコスト低減のため、樹脂系の素材も採用が増えてきた中、近年はセラミックの需要が大きく伸びています。 封止材には内部にダイが実装されており、各種シーリング材にて接着される構造です。
封止材の素材により、気密封止や真空封止が可能であり、センサー機器の感度上昇につながります。
半導体パッケージの種類
半導体パッケージの種類は、挿入実装用か表面実装用、その他端子の伸び方で分別されます。通常1つの半導体パッケージの中には1種類の半導体チップを封入する構成です。
これに対して、最近では機器の小型化や高機能化に対応するために製造プロセスの異なる複数の半導体チップを組み合わせ、物理的に1つのパッケージに封入した手法がとられています。パッケージ本体に使用されている材質から半導体パッケージの種類を分類すると、プラスチックパッケージとセラミックパッケージに分かれます。
1. SIP (System in Package)
複数のチップをパッケージで封止した構造です。設計上の制約も少なく、コスト対応に向いています。
パッケージの1方向から端子が伸びており、挿入実装用の種類です。放熱性能に優れており、小型の半導体チップに使用されます。
2. SOP (Small Outline Package)
パッケージの2方向から端子が伸びており、L字でガルウィング計と呼ばれています。
3. QFP (Quad Flat Package)
パッケージの4方向から端子が伸びており、こちらも端子はL字のガルウィング計です。
4. LGA (Land Grid Array)
パッケージの下部に端子が配置されており、格子状でソケット実装が可能です。
半導体パッケージのその他情報
セラミックの利点
セラミックは熱耐性が高く、加熱処理でも形状が変わりません。さらには熱伝導率や加工性にも優れており、半導体パッケージの高品質化に大きく寄与しています。
そういった背景から、セラミック自体の需要が急増し、材料としての入手が簡単ではありません。対応策としてセラミックの再生品を活用する動きも出てきており、その再生技術の進化にも注目が集まっています。