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第9弾、外部環境から半導体を保護するパッケージング(Packaging)工程

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[반도체 8대 공정] 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징 (Packaging) 공정
[반도체 8대 공정] 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징 (Packaging) 공정

半導体チップは、製品として出荷される前に、良品・不良品を選別するためのテストが行われます。 前回は、ウェハの完成段階で行われるテスト「EDS工程(Electrical Die Sorting)」について見てみました。 半導体の8つの工程シリーズの最後は、半導体が製品として完成する段階、「パッケージング(Packaging)工程」について説明します。 半導体を外部環境から保護し、電気的に接続するパッケージング(Packaging)工程 全工程を経て完成したウェハの半導体チップは一つずつバラバラに切断しますが、このとき切断されたチップをベアチップ(bare chip)またはダイ(die)といいます。 ただ、このチップは、外部との電気信号をやりとりできず、外部からの衝撃によって損傷しやすい状態です。 半導体チップ、すなわち集積回路(IC)が基板や電子機器に搭載されるためには、それに適した外装が必要です。 このように、半導体チップが外部と信号を交換できる道を作り、様々な外部環境から安全に保護される形にする過程を「パッケージング(Packaging)」といいます。 パッケージングは、集積回路と電子機器を接続し、高温、高湿、化学薬品、振動や衝撃といった外部環境から回路を保護するための工程です。 では、この重要なパッケージング工程について順番に見ていきましょう。 1)ウェハの切断
▲ 개별 절단된 칩
▲ 개별 절단된 칩

▲個別に切断されたチップ

まず、ウェハを個別のチップに分離する必要があります。 ウェハには数百のチップが細かく配列されており、各チップはスクライブライン(Scribe Line)で区分されています。 このスクライブラインに沿って、ウェハをダイヤモンドブレードやレーザー光線で切断します。 ウェハの切断作業は、ウェハをのこぎりで切断するという意味で「ウェハソーイング(Wafer Sawing)」や「ダイシング(Dicing)」と呼ばれています。 2)チップの接着(Die attach)
▲ 칩의 지지대 역할을 하는 리드프레임
▲ 칩의 지지대 역할을 하는 리드프레임

▲チップを支持固定するリードフレーム

切断されたチップは、リードフレーム(Lead Frame)またはPCB(Printed Circuit Board)の上に移されます。 リードフレームは、半導体チップと外部回路の間で電気信号を伝達し、外部環境からチップを保護し支える骨格となります。 3)金線の接続
▲ 금선 연결된 반도체 칩
▲ 금선 연결된 반도체 칩

半導体の電気的特性を考慮して、基板の上に載せた半導体チップの接点と基板の接点を細い金線を使って接続する工程をワイヤーボンディング(Wire Bonding)といいます。
▲ 와이어 방식과 플립칩 방식 비교
▲ 와이어 방식과 플립칩 방식 비교

▲ワイヤー方式とフリップチップ方式の比較

伝統的なワイヤーボンディング方式の他に、半導体の速度を向上させるために、チップの回路と基板を直接ボール状のバンプ(Bump、突起)に接続する方式もあります。 フリップチップ(Flip Chip)パッケージと呼ばれるこの技術は、ワイヤーボンディングよりも電気抵抗が小さくて速度が速く、小さいフォームファクタ(Form Factor)の実装を可能にします。 バンプの素材は主に、金(Au)やはんだ(Solder、スズ・鉛・銀の化合物)が使われます。 4)成形(Molding)工程
▲ 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 성형(Molding) 공정
▲ 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 성형(Molding) 공정

▲半導体チップを化学樹脂で密封する成形(Molding)工程

ワイヤーボンディングの工程が終わると、熱や湿気など物理的な環境から半導体集積回路を保護し、適切な形のパッケージにするための成形(Molding)工程に進みます。 ワイヤーボンディングが完了した半導体チップを化学樹脂で密封する工程を経ると、私たちが普段目にしている半導体の姿になります。 完璧な半導体製品のための最終関門、パッケージテスト(Package Test)
▲ 패키징 공정을 마친 반도체 칩. 완성된 반도체는 최종 테스트 과정을 거쳐 우리 삶의 다양한 곳에 쓰인다
▲ 패키징 공정을 마친 반도체 칩. 완성된 반도체는 최종 테스트 과정을 거쳐 우리 삶의 다양한 곳에 쓰인다

▲パッケージング工程を終えた半導体チップ。 完成した半導体は最終テストを経て、私たちの暮らしの様々な場面で使用されている。

ついに、身近なところで目にする半導体の姿が完成しました。 パッケージング工程が完了すると、半導体製品に最終的に不良がないか選別するパッケージテスト(Package Test)を行います。 このテストは、完成品の形になった後に検査を行うため、「ファイナルテスト(Final Test)」とも呼ばれます。 パッケージテストは、半導体を検査装置(Tester)に入れて様々な条件の電圧や電気信号、温度、湿度などを加えて、製品の電気的特性、機能的特性、動作速度などを測定します。 また、テストデータを分析して製造工程や組立工程にフィードバックすることにより、製品の品質改善に役立てています。 ここまで、半導体製品が誕生するまでの8つの主要工程について見てきました。 シリコンインゴットをスライスした円板状ウェハが爪よりも小さな半導体となって私たちの日常生活で使われるまで、複雑で細かな工程を経ることが分かりました。 目立たないところで、生活を支えている半導体。 私たちの暮らしをより一層豊かにしてくれる半導体技術の発展に、これからもご期待ください。
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