ベアチップ
ベアチップは、製造工程でウェハから切り出されたままの状態のICデバイスを指す。通常はリードフレームやBGAなどのパッケージに封止されてから流通されるが、ベアチップ形態ではパッケージングが省略されており、極めて小型かつ基板への直載が可能になるという特徴がある。一方で、機械的・環境的な保護がされていないため、取り扱いや実装に高度な技術を要する面がある。本記事では、ベアチップの基礎知識や利用分野、実装技術のポイントについて詳述する。
ベアチップの概要と利点
半導体チップは通常、外部環境からの保護やリード端子の形成を目的にパッケージングされる。しかし、ベアチップとして提供される製品では、パッケージ工程を省くことでデバイスそのものの厚みと面積を最小化できる。これにより基板上の実装スペースを有効に活用できるだけでなく、放熱や電気特性の面でメリットが得られる場合がある。特に高密度モジュールやSiP(System in Package)などでの利用が増えている。
用途と応用分野
ベアチップはスマートフォンなどのモバイル機器、車載向けのセンサモジュール、高周波デバイス、さらには医療用の超小型センサなど、多岐にわたる分野で活用されている。これらのアプリケーションでは、基板スペースの節約と薄型化が求められ、パッケージレスの形態が大きな利点となる。また、高電力密度が要求されるパワーデバイスの一部でも、熱抵抗を下げる目的でベアチップ実装が検討されるケースがある。
実装方法の種類
ベアチップを実装する場合、ダイボンドやワイヤボンドなどの手法が一般的に用いられる。ダイボンドではチップ裏面を接合剤で基板へ固定し、必要に応じてワイヤボンディングで入出力端子を形成する。他にもフリップチップ実装を用いて、チップ表面に形成されたバンプと基板のランドを直接はんだ付けする場合もある。これらの実装は一括大量生産には向きにくい一方で、カスタム性や高密度化の観点から重宝されている。
環境耐性と保護
ベアチップはパッケージによる保護がないため、外部環境の影響を直接受けやすい。湿気や熱衝撃、機械的応力、静電気などに対する対策が不可欠である。そこで、エポキシ樹脂などの封止材を用いてチップ全体をコーティングする「ポッティング」や「モールディング」が行われる場合が多い。また、基板そのものを密閉できるようなモジュール化を施すことで信頼性を向上させる工夫が行われる。
コストと量産性
パッケージ工程を省略できるため、一見コスト削減になりそうなベアチップだが、実際には取り扱いが難しく高度な実装技術と専用設備が必要となるため、結果的にコストが上昇するケースも多い。特に、検査工程や品質保証の面で手間とリソースがかかりやすい。大量生産品ではパッケージ部品のほうが管理しやすいため、ベアチップ実装は高付加価値や特定用途向けの製品に限られることが多い。
設計および検査のポイント
ベアチップを使用する際は、チップの電極パッド配置や実装時の熱応力のシミュレーションなど、基板設計段階で詳細な検討が必要である。ワイヤボンディングやフリップチップのどちらを選択するかによってランドパターンやビア構造に影響が及ぶ。さらに実装後の動作検査では、プローブカードなどの特別な治具を用いてチップ接合部やワイヤボンド部の良否を評価しなければならない。