半導体ストーリー:パッケージの基本、Vol.2

February 6, 2017 in Semiconductor Story by Gyuik Jeong
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(前号から続く)リードフレームと異なり、PCB基板の重要なメリットは、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージの底部全体にI/Oピンを配置できる点です。全領域が接続に使用可能なので、BGAのボールピッチ(ボール間の距離)が小さくなればなるほど設置できるI/O数が増えます。

▲リードフレームパッケージのワイヤボンディング接続
▲複雑なPCB設計(写真提供:https://goo.gl/edkd7k)

と言っても、いつもPCBを使うというわけには行きません。何故なら、PCBは当然のごとくリードフレームより高価だからです。配線層は、2層、4層と限界なく増大する可能性がありますが、それに従って製造するのは困難になります。比喩的に表現すれば、自宅から道を挟んだ店に行ってスナックとドリンクを買いたいだけなのに、結婚式に行くようなドレスアップはしないでしょう。反対の状況であっても同じです。基板の性質に応じて、ある特性は良好なものでも別の特性はそうではないという可能性もあります。そのため、製品に必要とされるパフォーマンスや価格によって何を選ぶのかが変わります。

 

パッケージの性能評価と設計

評価は基板設計の前段階か同時進行で行われ、パッケージがお客様の要求に合致するかどうか確認します。その一つが熱特性評価です。前回の執筆者が熱性能およびその評価を取り上げましたが、私たちは製品が実際の機器に実装された際に要求の熱性能を示すことができるように評価する必要があります。基準に満たない場合は、違う材料、違うサイズ、厚みを使用して再度評価します。それでもうまく行かなければ、その構造自体を変更する必要があるか、またはお客様に要件を引き下げるように提言することになります。

二つ目は電気特性です。最も一般的な評価の一つはインピーダンス特性です。パッケージが作動している時、不要な抵抗が生じ、信号の損失が起きてしまうことがあります。この評価は、インピーダンス特性を調整し損失を最小限にするために製品に適する設計値を決定するのに役立ちます。

三つ目は変形と損傷予測評価です。製品を製造または実装している間、パッケージの変形が重大な懸念材料となります。温度変化は熱膨張をもたらします。熱変形は異なる材料を使用したパッケージでは避けることが出来ません。それが変形だけで済めばよいですが、内部での破損や切断を引き起こす場合は大きな問題となります。しかしそれはシステムを使用して予測できます。パッケージの変形は違う材料を使用するか、構造を変更することによって許容範囲内に制限することもできます。

私が最初にこの仕事を始めたとき、先輩が、昔はコンピュータCADの代わりに定規を使って製図版に線を引いて図面を作っていたと言っていました。それはずっと昔のエピソードです。今日では技術が進歩しました。そして私たちは設計段階で過去には懸念事項とはならなかった多くの変数について悩んでいます。もちろん今の私には説明できない設計条件もたくさんあります。システマティックな設計段階および多くの経験豊かなエンジニアからの情報提供を通して設計は完了します。一つの製品の設計が終わり、それが実際に問題なく量産されたと聞けば、他の誰も気づかなかったとしても、私はそれを誇らしく思います。

さて、今私は次回どの話題をお届けしようかと悩んでいます。皆さんが知りたい話題があれば、返信に書いていただきたいと思います。ぜひ検討させていただきます。では、また次号で会いましょう。

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。