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zoom RSS 半導体チップの固定と電気接続

<<   作成日時 : 2013/10/27 17:14   >>

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 パッケージになくてはならない機能には、半導体チップを固定する機能と電気接続をする機能があります。この2つの機能は別々に独立している場合と両方を兼ねている場合があります。

 チップをパッケージ内で固定するための相手方の部材としては前回例にあげたリードやステムのほか、プリント基板などがあります。

 またチップの固定はチップの基板面を接着する場合と、基板上に積層した半導体層の表面側を接着する場合とがあります。前者をフェイスアップ実装、後者をフェイスダウン実装とかアップサイドダウン実装などと言います。半導体デバイスを作るときには、基板を下にして、その上に半導体層を積層するので、一番上の半導体層の表面をフェイスとかアップサイド(上側)と呼び、これを上側(アップ)かまたは下側(ダウン)にするかによって上記のような呼び方をします。

 パッケージの固定方法には以上のようにいろいろな要素があり、それらの組み合わせになるので、パッケージの構造にもいろいろな種類があります。まずはこれらを整理したうえで、個々の部材を見ていきたいと思います。なお、チップのことをダイということもあり、チップを接着固定することを「ダイボンディング」ということがあります。

 固定と電気接続を別々に行うのは、通常、基板面で固定を行うフェイスアップ実装の場合で、しかも基板を電極として利用していない場合になります。発光ダイオードで言えば基板がサファイヤなど絶縁体の場合は、チップの固定と電気接続は別々に行われます。図Aはこのようなタイプのパッケージの断面図です(特開2006-173605より。以下の図も同じ)。
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 電気接続部(プリント基板の配線層)202、204、206を設けた基板200上にチップ208を実装したパッケージですが、電気接続は2本のワイヤ210、212によって行われています。チップ下面は電気接続部204に接着剤218で接着されていますが、電気接続はされていません。接着剤218ははんだや導電性接着剤とされていますが、導電性のない接着剤を使って接着することもできます。
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 図Bは固定と電気接続を兼ねている場合です。これはフェイスアップの場合で、チップ208の下面が電極になっている必要があります。相手側はプリント基板の配線層202で導電体です。さらに接着剤218も導電性である必要があり、はんだや導電性接着剤などが使われます。下面が電極の一方を担うので、上面側に他方の電極があります。この電極とはワイヤ212で接続されます。
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 フェイスダウン実装の場合は普通、固定と電気接続を兼ねます。半導体層表面の電極は小さいので、フェイスアップの場合のような普通の接着は難しくなります。この場合は図Cに示すようにバンプ306、308と呼ばれる小さな球状の金属を使い、チップ300を基板の配線層302、304に押し付けて固定と電気接続を行います。これをフリップチップ(Flip Chip)接続と呼びます。

 この場合、光は基板側から出ることになりますから、出射光を通さないような基板は使えないことになります。図からも明らかなようにワイヤを使わないためにワイヤを引き回すスペースが不要でパッケージを小型にできる特徴があります。

 次回以降は各部材について取り上げていきます。

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