●第1章

名称
汎用MPU：Micro Processing Unit
組み込みCPU：Embedded Central Processing Unit

論理演算デバイス
ロジック回路ASIC：Application Specific Integrated Circuit
ASSP：Application Specific Standard Product
FPGA：Field Programmable Gate Array
GPU / GPGPU：Graphics Processing Units/ General-Purpose Computing on Graphics
Processing Units

アナログ・デバイス

DRAM：Dynamic Random Access Memory
SRAM：Static Random Access Memory
フラッシュ・メモリ：Flash Memory
アンプ
センサ
A/Dコンバータ、D/Aコンバータ
IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor

アナログ回路ほか

パワーデバイス

SiC（炭化ケイ素）
GaN（窒化ガリウム）Ga2O（酸化ガリウム）
3
LED：Light Emitting Diode

光半導体

レーザダイオード
CCD光センサ
CMOS光センサ

要点BOX●電子部品には能動素子と受動素子がある●電子部品の能力発揮にはプリント配線板が不可
欠

10能動素子と受動素子

メモリ・デバイス1

半導体と電子部品回路の種類

1

DRAMやフラッシュなどのメモリ・デバイスがあ主な半導体素子の種類

電子部品は、大別すると表 のように能動素子と表２ります。一般的に半導体とはこのロジック・デバイ

11

受動素子に分類されます。一般的に半導体は能動素

携帯ワープロ（1990）

スをさしており、私たちの生活を豊かにするスマホ

カラーテレビ（1950）
テープレコーダー（1950）

1子をさします。受動素子は、それ自身では電気信号

白黒テレビ（1960-1970）

やPCの機能はこれによるものです。

6G?

家庭用PC（1979）
家庭用ビデオ（1980）
音楽プレーヤ（1979）
ワープロ（1980）の変化はもたらしませんが、様々な電子部品と組みCHIPLET ３DIC構造

一方で、私たちの身近にある音、光や痛みなどの5G

ように強弱で感じるものをアナログと言います。ア

2D3D-SIP
4G

合わせることで、必要な機能を実現するもので、電BGA/SIP
3G

子部品を搭載するベースとなるプリント配線板、モトランジスタラジオ（1955）

CSP

2G

ナログ信号をアナログの状態で処理するデバイスを

QFN
1G

ジュール間を接続するケーブルやコネクタ、そして、QFP
携帯電話

メモリ
メモリ

アナログ・デバイスと言い、増幅機能を持つアンプ、DIP

メモリ
プロセッサ

2

LCRと言われるインダクタ、コンデンサ、抵抗素

トランジスタ

メモリ
プロセッサ

2030

センサ等があります。アナログ処理では、外来ノイ

メモリ
メモリ

半導体
テクノロジー利用製品

2020

2子などが含まれます。一方、半導体は、図 に示す

2010

ズを拾ってしまう欠点があり、A／Dコンバータな2000

ようなテクノロジーで開発され、その時代の先駆的

1990

どを通してデジタル信号に変換して処理する方式が1980

一般的です。このほか、CD／DVDのためのレー1970

能により表 のような種類があります。大きくはロ

1960

01

な製品に適用されています。半導体素子は、その機

1950

半導体テクノロジーの変遷と利用製品の例

ザダイオード、カメラのCMOSセンサ等の光半導体、

図１

ジックとアナログに分類されます。デジタル・デバ

LED、レーザダイオード、CCD/CMOSセンサ など

EVや電車に搭載されているパワーデバイスもあり

光半導体

イスは、アナログ信号を「 」の 値にデジタル化しメモリ・デバイス
DRAM、SRAM、フラッシュメモリ など
能動素子
アナログ・デバイス アンプ、センサ、Ａ/Ｄコンバータ、Ｄ/Ａコンバータ など（半導体素子）パワーデバイス
ダイオード、IGBT、SiC、GaN、Ga2O3 などます。このように電子部品と言っても、用途により様々

汎用MPU、CPU、専用ASIC、ASSP、FPGA、GPU、GPGPU などたデータで演算する半導体です。
演算の役割により様々ロジック・デバイス板上で組み合わされて能力発揮できるのです。

部品例
コンデンサ、抵抗、インダクタ、コネクタ、ソケット、プリント配線板、ケーブル などな部品がありますが、それらの機能はプリント配線

電子部品の種類
受動素子な種類があり、スマートフォンやPCの頭脳となっ電子部品の種類ている汎用MPUやASIC、データ記憶のための表1

半導体と電子部品と実装基板

●第1章

Vol. 60 No.4,225（2009）〕

図4

TSV技術を適用した3D、2.5D実装技術※HBM(High Bandwidth Memory )等で採用
TSV半導体チップ
TSV Siインターポーザ

バンプ付半導体チップ
TSV Siインターポーザ

パッケージ基板

パッケージ基板（a）3D実装技術（b）2.5D実装技術〔出典：
システムインテグレーション実装技術委員会；エレクトロニクス実装学会誌，
Vol.23,No.1,pp.42,図7（2020）〕

要点

BOX

4

●DIP、QFPからBGA、FC実装へ●先端技術ではSiP技術開発が進む●低損失・低熱膨張有機材料なども実用化

12

パッケージ形態と材料の変化〔出典：春田亮；表面技術〔出典：
システムインテグレーション実装技術委
員会；エレクトロニクス実装学会誌，
Vol.23,
No.1,pp.42,図5（2020）
〕

2.5

32

半導体パッケージの構成

ダイパッド

2.1

多信号の引き出しに有利となる回路面を下にしたフRDL（b）FO-WLP構造
ダイボンド材

半導体パッケージ（PKG）
形態の変遷を図 に示

Si チップリードSi

4

リップチップ（FC）実装が採用されています。

リード金線

します。DIPやQFPでは、リードフレームが用

ダイパッド

先端PKGでは、多ピン・狭ピッチ・高集積の要

有機基板（a）FC-BGA構造

ICチップ― ッケル」
やいられます。リードフレームは、「鉄 ニSi チップ

金線

エポキシレジン

求があり、図 のように半導体チップを複数実装す

FCBGA,WO-WLP構造例

モールドレジン

ICチップ

銅合金の薄い金属板を、プレスまたはエッチングで、

図32次元を超える 次元実装として、各社様々な実装

QFPの構造基板材料では、搭載チップの増加により、アルミ

図２

1

2015

〔出典：西田秀行；エレクトロニクス実装学会誌，Vol.22,No.7,pp.597,図5（2019）〕13

るシステムインパッケージ（SiP）
技術が開発され、2013

図２のように多数のリードが固定された形状に加工2010したものです。ICチップは中央部（ダイパッド）に2005方式の違いを D、 D、…などの呼称名で実用化

2000

ダイボンド材で回路面を上にして載せて接着、IC1990

しています。図 ⒜のHBMでは、複数のメモリチ

DIPのアルミパッドとリードフレームのインナーリード

BGA
QFP

ップを上下に積層接続するTSVという技術で３D

BGA:Ball Grid ArrayCSP:Chip Size Package

CSP

を金線でワイヤボンディング（WB）します。ICチ

DIP:Dual Inline Package
QFP:Quad Flat Package

実装されています。

POP

ップと接合部はエポキシ樹脂で封止します。QFP

Flip Chip

ナや窒化アルミなどのセラミックス系から大型化がSubstrate level

3突出した構造です。高密度化のためリードレスのWafer levelは外部接続用リードが４方向でPKG端よりも外にEmbedded

Stacked Die

容易な有機材料が使われています。また、多ピン狭WL-CSP

2.5D ICQFNが開発されました。また、より多ピン化する

Fan Out

ピッチ接続対応のため、半導体と物理的に相性が良PORためにはBGAが用いられます。BGAではリード3D IC

く微細化が可能な やガラス材料と有機材料を複合

Advanced

フレームに代わり、図 のような有機基板や再配線

POP;Package on Package

的に組み合わせた基板なども実用化されています。

パッケージ形態の変遷

層（RDLと呼ぶ）
基板で端子引き出しを行います。

チップ実装方式は、これまでのWB方式に代わって、

図１

半導体と電子部品と実装基板

半導体の実装方法
チップ実装方法と搭載基板材料◎アンダーフィルが用いられます（、項参照）。

〇

半導体チップは、後工程でパッケージ内部に実装◎

パッケージ基板材料は、有機、セラミックス、シ△されます。チップの実装方法には２つの方式があり△

リコンおよびガラス等があり、屈曲性が必要なウェ△ます。

△

アラブル機器向けでは、フレキシブル基板、伸縮性△①回路面を上にしてパッケージ基板にダイボンディ

伸縮性材料が必要な機器では伸縮性基板などが採用されていま〇す。それぞれの一般的な特徴を表 に示しました。

△のパッドとパッケージ基板のパッドを金などの細線〇

半導体チップ実装で重要な点は、実装するチップや〇で接続します。

〇

基板材料の耐熱温度、および信号接続に用いられる〇②回路面を搭載面に向けて反転し、回路面から実装〇

導電材料の融点を考えて、最適な実装プロセスを選〇するフリップチップ法（図 ）：チップ回路の端子とポリイミド択することです。複数チップの場合には、先に実装〇

接続バンプを介してパッケージ基板の端子に接続し△〇的に低くする、実装の温度階層が重要です。

△△

するチップから次の実装へと接続材料の融点を段階△〇ます。この方式では、多数の信号接続が可能で、イ〇〇ンダクタンスが小さく、チップ裏面から直接熱冷却

機械剛性

伸縮性コスト大型化

リードフレーム〇〇

△△

◎△

◎△

有機樹脂

◎〇

◎〇〇△〇

◎

セラミック△◎◎△◎△△△

なお、先端半導体では、複数のチップを組み合わ微細化が可能で、高機能デバイス向けでは主流の実装方式多層化せて実装するチップレット技術が実用化されました。

【凡例】◎非常に良い、○良い、△得意でないとなっています。端子とパッケージの接続には、各（上表はあくまで目安です。材料だけでは優劣はつけられないため、プロセスも重要です。）

パッケージ基板

高速・高機能化のために、多ピンの狭ピッチ接続をチップBOX◎〇

14

ングするワイヤボンディング法（図 ）：チップ上面

半導体チップチップ

種はんだや銅、金などが使われます。チップと基板

樹脂
アンダーフィル
チップBのウエハ樹脂
パッケージ基板
アンダーフィル
チップBのウエハバンプ
樹脂 バンプパッド
アンダーフィル
チップAのウエハ樹脂
アンダーフィル

実現するため、要求コストと機能のバランスを採る、半導体チップ最適な実装技術が開発検討されています。

パッケージ基板●半導体チップの実装方法には、ワイヤボンディング法とフリップチップ法がある●搭載する基板材料では温度階層が重要〇〇1半導体チップと基板の間に液状またはフィルム状の半導体パッケージ搭載基板材料の主な特徴
表１

樹脂モールド間の接合が電極のみでは強度が足りない場合には、

リードワイヤパッケージ基板

フリップチップ法
図２
チップAのウエハ

半導体チップ
リードワイヤ
リードワイヤ

要点
〇

◎

フレキシ
ブル系

耐熱性

リジット系

△

1

高周波特性
基板
材料
種類

シリコン

2半導体チップ
リードワイヤパッケージ基板
樹脂モールドパッケージ
基板
チップAのウエハ

バンプ
バンプ
パッド
チップAのウエハ

15

ガラス

3
ワイヤボンディング法
図１

半導体と電子部品と実装基板●第1章