半導体は寿命のほぼあらゆる面に浸透しており、想像可能なあらゆるアプリケーションで使用できるように最適化済みのデバイスがその中にあります。ムーアの法則が導いた CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) テクノロジーは、デジタルコンピューティングの進展を加速し、一方バイポーラ半導体のバリエーションによって、デジタルプロセッサを物理的な世界に接続して、温度、圧力、移動、光、サウンド、タッチを検出するアナログ製品を実現してきました。

すべてのウェハーには、数千個の IC が搭載されています。IC はこれらの IC を個別のユニットを半導体チップ (ダイ) と呼びます。これらのチップは壊れやすく、スマートウォッチから産業用ロボットまで、製品の日常的な使用に適した保護パッケージが必要です。図 1に示すように、その他の影響として、パッケージは半導体チップを保護し、プリント基板 (PCB) への電気的接続を提供し、放熱経路を提供します。半導体デバイスのアプリケーションの成長に伴い、さまざまなニーズに対応するためにパッケージの機能とフォーム・ファクタが進化してきました。

半導体デバイスは、性能を最適化しチップを保護するパッケージで構成されています。各パッケージは、図 2に概説するように、ピン (またはリード)、樹脂、ボンドワイヤ、チップ自体など、複数の素子で構成されています。ピンまたはリード線は、デバイスと外部回路との間のインターフェイスであり、信号と電力の伝送を容易にします。樹脂はチップとボンドワイヤを覆い、湿気、ほこり、振動、衝撃などの要因から保護またはシールドされます。ボンドワイヤは、チップをパッケージリードに接続し、PCB 上のチップと外部回路との間の電気的接続を可能にします。

急速に変化する現在のエレクトロニクス製品の環境で、性能、コスト、市場投入期間に関する厳格な要件を満たすために必要なアナログ半導体を入手する必要が設計エンジニアは非常に大きな圧力にさらされています。製品ラインアップで多様なパッケージオプションを使用すると、設計者はさまざまなパッケージタイプとテクノロジーを活用して、性能、フォームファクタ、熱管理、コスト効率を最適化するフレキシビリティを確保し、革新を実現し、市場投入期間を短縮するのに役立ちます。エンジニアは数十年にわたって業界標準のパッケージに依存してきました。図 3に、アナログおよびパワーマネージメント IC の一般的なパッケージとプラスチックパッケージを示します。

あらゆるエレクトロニクスデバイスの設計要件を満たすのは単一のパッケージタイプではないので、長年にわたって多様なパッケージタイプが進化を続け、信頼性、電気的性能、放熱性能、コスト、サプライチェーンに関する検討事項、サイズなど具体的なニーズに対応してきました。

たとえば、小型玩具のシンプルな電子機器から、自動車のブレーキシステム内の重要な部品まで、アプリケーションによって信頼性要件は大きく異なります。産業機器では長期間の IC が必要ですが、ドバイ、シンガポール、アラスカなどの気候における通信塔では、極限の温度、湿度、腐食性の環境に耐えられるデバイスが必要です。宇宙船に搭載された IC は、打ち上げの衝撃に耐え、宇宙での放射線に耐える必要があります。

高速通信や高電力用途では、パッケージの電気的インピーダンスがシステム性能に大きな影響を及ぼす可能性があるため、チップとパッケージの間、およびパッケージと PCB の間で最適化された接続が必要になります。従来の半導体デバイスでは、これらの初期接続に微細な金ワイヤボンド (通常は直径 15µm ～ 50µm) が使用されていましたが、最新のデバイスでは、特定の電気インピーダンス要件に対応するため、銅線ボンディング、リボンボンディング、高密度ボンディング、銅ポスト、銅クリップ、はんだバンプ、スルーシリコンビアなどの方法も使用されていました。

多様なパッケージオプションの作成を促進する市場の要件を見てみましょう。