半導体パッケージング工程
半導体パッケージングとは、シリコンウエハ上に作られた素子を製品として取り扱えるようにするための最終工程です。
一般的なパッケージング工程は、ウエハの状態での検査工程後に、ウエハのバックグラインド（裏面研削）、チップサイズにダイシング（切断）、基板に固定して、ワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディングにより、外部電極との配線接続を行い、樹脂で成形、チップ製品の最終検査となります。
半導体パッケージングには様々な種類があります。半導体チップの微細化、集積化が進むにつれて、半導体パッケージング工程も複雑化しており、プロセス上の要求も厳しくなってきており、その要求に応えられる材料が開発されています。
FC-BGA
従来の半導体パッケージングの基板は樹脂の多層基板が用いられてきました。
パソコンやサーバー向けのCPU、GPUにおいては、FC-BGA（フリップチップ-ボールグリッドアレイ）が主流となっています。
FC-BGAでは、薄いガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸、硬化させた基板の両面に銅配線を形成したコア基板をベースにして、その両面に無機フィラーを混ぜたエポキシ樹脂フィルムを創刊絶縁層とし銅配線を多層形成した基板上にチップをはんだ接続、モールディングして、表面にはんだボールバンプを形成して製品となっています。
同じデザインルールで作られるSoC（システムオンチップ）の限界から、異なるデザインルールで作られたチップを多層基板上で接続するSiP（システムインパッケージ）によるチップレット化が進んでいます。
サーバーや高性能パソコン向けの製品においては、更なる性能向上のため、FC-BGAに搭載するチップ数が増えることにより大面積化、多層配線化が進んでいます。
FO-WLP
TSMCのInFOと呼ばれるファンアウトーウエハレベルパッケージ（FO-WLP：Fan-Out Wafer level packaging）がiPhoneのアプリケーションプロセッサに採用され、従来の多層基板を使わないパッケージングの手法が登場しました。
HPC（High performance computing）と呼ばれる高性能サーバー用途のプロセッサでは、ロジックとCPUなどをより短く微細な配線で接続するために、シリコンインターポーザと呼ばれるシリコン貫通電極（TSV）と再配線層（RDL）で接続した2.5DがFPGAに採用されました。
それぞれのチップの性能を最大限に引き出すために、異種デバイス間を短い配線で接続することがデバイスの性能向上を図る上で極めて重要となっています。
プロービング
前工程で作製したウエハ上のチップの回路が正常に機能するかどうかを全数検査します。
プローブと呼ばれる探針を１つ１つのチップの電極に接触させ、電気特性をチェックします。ここで不良品を特定し、ダイシング後に選別します。良品は、KGD（Known Good Die）と呼ばれています。
LSIなど先端の半導体試験装置は全自動化されており、ウエハキャリアーから搬送ロボットが一枚ずつ取り出し、プローブカードと呼ばれる治具でウエハ単位で一括検査します。
プローブカードは製品ごとに専用のものが必要とされます。先端のLSIの微細化に伴って、プローブカードの製造工程も非常に精密なものとなっています。
バックグラインド
ダイシング工程でチップ単位に切断する前に、裏面を研削して薄くします。
スマホなど携帯端末では、チップを以下に薄くできるかが重要です。
パワーデバイスでも、シリコンを薄くすることで性能が向上します。
300mmシリコンウエハ の規格厚さは775μmです。
これを100μm以下まで薄くする工程をバックグラインド（BG）と呼んでいます。
ダイシング
ダイシング装置は、ダイシングソー、ダイサーとも呼ばれており、ダイシングブレードと呼ばれる円盤型の歯を高速回転させて、ウエハをチップに小片化する工程です。歯の厚さが薄いほど、ウエハ当りのチップの収率を増やせるので、より薄く、高精度な切断が要求されます。
ダイシングブレードは、薄い金属板ですが、機械的な切断のため、シリコンウエハの角が欠けるチッピングが問題となります。
ステルスダイシングはレーザーを使った切断方法です。
ウェットエッチングによる工法も開発されています。
チップ・ダイボンディング
ダイボンディングとは、ダイシングにより個片化した半導体チップを、ダイボンダ装置によりピックアップして、支持体となる基板上に接着剤を塗布し、その上に固着させる工程です。ダイアタッチ、チップボンディングとも呼ばれています。
従来は、リードフレームや多層基板の上に、チップの電極を上向きにしてダイボンディング後、ワイヤボンディングにより端子を取り出す構造が採用されています。パワーデバイスやディスクリート製品の多くがこの方式です。
チップと基板の接着には、熱伝導性に優れる銀ペーストが用いられます。固着させるために加熱により樹脂成分を硬化させます。
一方で、スマホやパソコンなどでは、実装面積をより小さくするため、チップを逆さまにして行うフリップチップボンディングが採用されています。
フリップチップ実装はワイヤボンディングと比較して、省スペースで配線長が短い、高周波の電流損失が少なくて済む、多端子でも一括接続できるなど、多くのメリットがあります。
チップと基板の電極の接合においては、金やスズによる接合が用いられます。
また、チップと基板間の隙間には絶縁性接着剤であるアンダーフィル剤や異方性導電接着膜（ACF）が用いられます。
ワイヤボンディング
ダイボンディングによりチップを基板に固定した後の接続にワイヤボンディングが用いられます。
ワイヤボンディングに用いられる配線材料は、アルミニウム、金、銅があります。
キャピラリーと呼ばれる中空状の治具を加圧、加温して金属配線を溶融させた状態とし、押し出しながらチップ側と基板側の電極に押しつけることで配線接続します。
チップ側の電極材料と同じ材料が用いられます。
高い信頼性が要求される高付加価値製品では金が、汎用のパワーデバイスやディスクリート製品では安価かつ低融点で取り扱いが容易なアルミニウムが一般的に用いられてきました。また、安価でアルミよりも電気抵抗が低く大電流を流す用途においては銅が用いられるようになってきました。
モールディング
基板上に固定した半導体チップを酸化やゴミの付着から保護するために、樹脂材料で封止する工程をモールディングと呼んでいます。
モールディングには、トランスファモールディングとコンプレッションモールディングがあります。
トランスファモールディングは、キャビティと呼ばれる薄い閉じられた空間に、溶融させた樹脂を流動させてチップと基板を樹脂で満たしたあとに冷却して固める成形方法です。
一方、コンプレッションモールディングは、キャビティ内に液状化させた樹脂を予め貯めた状態で、チップと基板を浸漬、加圧して固める成形方法です。
モールディング樹脂材料は、エポキシ樹脂にシリカフィラーを混合させることにより、放熱性を向上、熱膨張率を抑えた複合材料です。
リードフレーム
リードフレームは古くからあるパッケージング手法で、現在でも多くの電子部品で採用されています。リードフレームは薄い金属板をプレスやエッチング加工でくり抜いた後に必要な表面処理を行って製造されます。リードフレーム上にチップを固定してワイヤボンディングによりチップとリードフレームを接続後、モールディング、検査を行い製品が完成します。チップを固定する部分をダイパッド、ワイヤボンディングで接続する部分をインナーリード、外部との接続端子部分をアウターリードと呼びます。
リードフレームは端子の形状や位置によってたくさんの種類があります。端子を差し込む挿入実装、ハンダ付けで接続する表面実装のタイプがあります。また、ムカデの脚のように外に端子が飛び出したタイプと、パッケージからはみ出ずに表面に露出したタイプがあります。
