半導体ストーリー:パッケージの基本、Vol.1

January 31, 2017 in Semiconductor Story by Gyuik Jeong
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パッケージの設計

読者の皆さん、私はGyuik Jeongと申します。半導体ストーリーの新しいライターとして、2017年も新しいストーリーを紹介していきます。私は設計チームの一員として入社し、およそ6年間設計部門で働きました。働き始める前、私は半導体パッケージとはどんなものかまったく知りませんでした。それでも、多くの良い仲間に助けられ、パッケージングについての門外漢からパッケージ全般について多くを理解できるところまで成長してきました。そのような背景から、私の最初のトピックはパッケージ設計にしました。

「設計」は、辞書によると「機械、装置などを製造する為の構造、材料、形状、サイズその他を計画し決定すること」と定義されています。半導体パッケージング産業の始まり以来、多くの種類のパッケージが開発されてきました。本日のトピックである設計とは、製品の一つを選びそれに対して適切な設計を行うということです。

個人的に私は設計の第一段階とはパッケージの種類を選ぶことだと考えます。要求される入力/出力(I/O)端子の数、パッケージのサイズと形状、電気および熱の特性から、最も重要な要素である価格に至るまで、多くの条件が徹底的に検討されて最も適切なパッケージを選ぶことになります。その決定は設計作業の前に行われることが多いですが、時には前述の理由により後ほど変更することができます。

基板設計

第二段階は基板の設計です。パッケージの種類を区別する基準の一つは、使用される基板の種類です。旧来の選択はリードフレームです。それは銅板にエッチングすることによって配線するものです。これは比較的安価であり、電気および熱の特性では利点があるため、多くの製品がこれを使用し続けています。しかしながら、半導体チップがますます多くの機能を組み込むにつれ、要求されるI/O数が増え続け、リードフレームパッケージでは構造的に限界に達しました。リードフレームパッケージは外側だけにI/Oを持つため、より多くの外部端子を備えるにはパッケージはより大きくならざるを得ません。下の写真のように、1つではなく2つまたは3つのラインおよび異なる形状のI/Oソケットを使用することができますが、やはりリードフレームではすべてのニーズを満たすのは困難です。また、一つの配線層しか使うことができず、多くの場合それは設計を制約することになります。

▲リードフレーム
▲さまざまな種類のリードフレームパッケージ

 

半導体パッケージの仕事をしていなくても、「PCB」のことはお聞きになったことがあるかもしれません。PCBはPrint Circuit Board(プリント回路基板)の略で、リードフレームの短所の多くを解決することができます。シンプルな構造の例を見てみましょう。

▲さまざまな種類のパッケージ基板(写真提供:https://goo.gl/o5Umpb)
▲PCBを用いたパッケージとその断面構造

 

基本的な構造として、基板は目的に従って設計された導電層の間に電気的絶縁層を持ちます。言葉で説明することは少々難しいので、下の図を見てください。リードフレームは配線設計に制限があり、ワイヤボンディングには最も近いリードピンを使用しなければなりません。図の赤い線のように反対側にあるピンにワイヤを接続したい場合、物理的には不可能ではありませんが、処理に問題が出るか、パッケージのパフォーマンスが犠牲になる可能性があります。今日、必要な場所へ簡単に接続するために、PCBは各層の間の垂直方向の接続のための複数の配線層やビアを使用することができます。(次号に続く)

WRITTEN BY Gyuik Jeong
大志を持ってAmkorに入社してすでに10年になります。10年は地球の表面を変えるのに十分な時間だとも言われますが、私はすべての仕事に対して新人のように新鮮な興味や関心を持ち、仕事を楽しみ続けることを望んでいます。