MCP
MCP(Multi Chip Package)とは、複数の半導体ダイを1つのパッケージ内に実装する技術である。従来は個別にパッケージ化していた複数のチップをまとめることで、小型・高密度化を実現し、配線長の短縮や実装面積の削減、製造コストの低減など多様なメリットが得られる。スマートフォンやウェアラブル端末など、小型・軽量が求められる携帯機器を中心に幅広く使われており、IoTや自動車向けシステムの拡大に伴いさらに重要性が高まっている。
開発の背景
半導体業界ではトランジスタの微細化による性能向上とともに、複数の機能を1つのシステムに統合したモジュール化が進んできた。高密度実装においては基板スペースをいかに効率よく使うかが課題となり、これまでの2D平面上の実装だけでなく、3Dスタッキングやチップ同士の接合を活かしたアプローチが注目された。こうして生まれたのがMCPであり、メモリとプロセッサをワンパッケージ化した製品などが市場に投入され、携帯機器をはじめ多方面で使用されるようになった。
構造と特徴
MCPは、各種ダイを水平あるいは垂直に積層して、一体化したパッケージに封止する構造を指す。互いに異なるプロセス技術で製造されたダイを併せることで、汎用ロジック回路とメモリ、アナログ回路など多機能な構成を1つのパッケージで提供できる点がメリットである。配線を短く抑えられる分、信号の遅延や電力損失を低減でき、高速化と省電力化の両面において有利になる。また、複数チップを一括実装できるため、基板の実装面積削減にもつながる。
実装技術とプロセス
MCPの実装では、ワイヤボンディングやフリップチップ接続など複数の方式が用いられる。近年はバンプを介したダイ間接合や、TSV(Through-Silicon Via)による垂直貫通配線など、高度な3D集積技術が導入されるケースも増えている。パッケージ材料としては、モールド樹脂や各種封止材の組み合わせにより、熱抵抗や機械的強度を確保する工夫が施される。これらを大量生産ラインで安定稼働させるためには、高精度な接着・接合プロセスや検査装置が欠かせない。
用途例
代表的な応用分野としては、スマートフォンやタブレットなどの携帯機器に搭載されるメモリモジュールが挙げられる。DRAMやフラッシュメモリをまとめてMCPとすることで、小型化と高容量化が両立でき、端末内部に余裕を生み出す。また、車載ECU(電子制御ユニット)や組み込みシステムなどでも、プロセッサと周辺ICを同封することで配線の信頼性向上と熱設計を簡略化できる。IoTデバイスでも、センサーやワイヤレス通信チップなどをまとめたモジュール形態が注目されている。
メリットと利点
MCPを導入すると、実装基板の面積を大幅に縮小できるほか、チップ間配線を短く抑えて信号品質と速度を向上できる利点がある。さらに同一パッケージ内で複数のICを統合するため、チップ間のインターフェース設計を統合的に最適化しやすくなる。部品点数の削減や製造コストの抑制、在庫管理が容易になるといったメリットもある。生産ラインの合理化が進むことで、企業としては製品投入までのリードタイムを短縮し、市場競争力を高められる。
課題と対策
一方で、複数のダイを密集させることから、放熱設計や機械的強度の確保が課題となる。高発熱ダイの廃熱が適切に行われないと、パッケージ全体の熱信頼性が損なわれる可能性がある。機械的にも衝撃や振動でダイ間接合部にストレスが集中し、クラックが発生しやすくなるリスクがある。これらを回避するためには、熱伝導シートやメタルキャップなどの冷却手段、ダイバインディング材や封止樹脂の改良など、各種対策を講じる必要がある。
将来の展望
MCPは、今後さらに発展したSiP(System in Package)や3D積層技術と組み合わせる形で、高性能化と小型化が進む見通しである。特にAIや5G通信など大きなデータ量をやり取りする分野では、高帯域メモリと高性能プロセッサを近接配置する意味が大きい。多機能化に伴い実装難度も上昇するが、ウェーハレベルのアッセンブリや先進パッケージ技術の成熟によってさらなる集積度が期待される。IoTや自動運転の世界が拡大していくなか、MCPは多様なチップを一括統合する有力な手段として進化を続けるだろう。