パッケージ (電子部品)

電子部品パッケージ：保護と接続の技術

電子部品パッケージとは、個々の電子部品を保護し、外部回路との接続を担う構造体です。一般的に、小さな電子部品を樹脂、金属、セラミックなどで覆ったものを指します。その役割は、電子部品の機能を維持するために非常に重要です。

パッケージの機能と要求

電子部品パッケージは、以下の機能と要求を満たす必要があります。

保護: 外部からの衝撃、湿度、温度変化、ガス、光などから電子部品を保護する。
接続: 接続端子を保持し、外部回路との間で正確に信号や電力を伝達する。
組立性: 製品組み立てに適した形状であること。
放熱: 内部で発生した熱を効率的に放散する。
低コスト: 製造コストが低いこと。
検査性: 電子部品の機能を容易に検査できること。
表示: 製造会社名、製品型番、製造番号、ピン番号などの情報を表示できること。
正規品識別: 正規品であることを示し、類似製品と区別できること。
環境配慮: 環境問題に対応した材料を使用すること。

特に、高性能なデジタル半導体では動作周波数と消費電流が大きいため、寄生容量や抵抗が小さく、放熱性に優れたパッケージが求められます。携帯機器用部品では小型化も重要な課題です。

個別受動部品のパッケージ

抵抗、コンデンサ、コイル、小型トランスなどの個別受動部品は、アキシャル型やラジアル型、表面実装型など様々なパッケージがあります。1990年代以降、表面実装型チップ部品の利用が急速に増加し、アキシャル型やラジアル型の使用は減少傾向にあります。

半導体部品のパッケージ

歴史

初期の半導体パッケージは、リードフレームとチップを封止した端子挿入型が一般的でした。1980年代後半からは、表面実装方式が普及し始め、現在では主流となっています。集積度の向上や多機能化に伴い、端子数も増加し、DIP、SIP、SOPなどの従来パッケージでは対応できない製品も増えました。そのため、QFP、LCC、PGAなど端子数を増やせるパッケージが開発されました。大規模LSIでは、数千もの端子を持つBGAなどの高密度パッケージが不可欠です。

材質

半導体パッケージは、端子と封止材から構成されます。

端子: 鉄・ニッケル合金、銅などが使用され、金メッキを施すことで酸化防止や浮遊容量の低減を図る場合もあります。
封止材: 従来は金属が使用されていましたが、コスト削減や小型化の要求からエポキシ樹脂などの耐熱樹脂によるレジンモールドが主流となっています。高耐熱性が必要な用途ではセラミックが用いられます。

近年では、RoHS指令への対応として、鉛フリーはんだや有害物質を含まない封止材の使用が求められています。

端子

端子には鉄・ニッケル合金や銅などが使われ、金メッキを施すことで酸化防止や浮遊容量の低減を図ることがあります。はんだぬれ性を向上させるため、ニッケル合金やはんだによるメッキ処理も一般的です。ダイをリードフレームに固定する際には、樹脂、銀粒子を含む樹脂ペースト、はんだなどが使用されます。ボンディングワイヤには金線やアルミ線が使われています。

封止材

封止材には、エポキシ樹脂、セラミックなどが使用されます。レジンモールドは低コストで製造できますが、吸湿性があるため、リフローはんだ付け前にベーク処理が必要な場合があります。フリップチップ接続では、ダイを直接基板にはんだ付けし、アンダーフィルで固定します。これは、薄型化、高放熱化に繋がります。

規格

半導体パッケージには、JEDECやJEITAなどの規格がありますが、メーカー独自の規格も存在します。メーカーやデータシートによって表記方法が異なる場合もあるため、注意が必要です。

パッケージの種類

挿入型

DOパッケージ: ダイオード用パッケージ。
TOパッケージ: トランジスタ用パッケージとして開発されましたが、幅広いデバイスに使用されています。金属、セラミック、プラスチックなど様々な材質があります。
DIP (Dual In-line Package): 両側面から端子が出たパッケージ。セラミック製とプラスチック製があります。
SIP (Single In-line Package): 片側一列に端子が出たパッケージ。
ZIP (Zigzag In-line Package): SIPの端子を交互に曲げたパッケージ。

表面実装型

SOP (Small Outline Package): 小型プラスチックモールドパッケージ。
SOJ (Small Outline J-leaded): リードをJ型に曲げたパッケージ。
CFP (Ceramic Flat Package): セラミック製の薄型パッケージ。
SOT (Small Outline Transistor): 超小型パッケージ。
QFP (Quad Flat Package): 4辺から端子が出たパッケージ。
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier): QFPの端子をJ型に曲げたパッケージ。
BGA (Ball Grid Array): 底面に半田ボールを配置したパッケージ。
LGA (Land Grid Array): 底面に平面電極パッドを配置したパッケージ。
LLCC (Leadless Chip Carrier): リード線のないパッケージ。
TCP (Tape Carrier Package): テープ状の樹脂フィルムにチップを搭載したパッケージ。
LLP (Leadless Leadframe Package): 超小型・薄型パッケージ。
DFN (Dual Flat No-leaded): 薄型・板状パッケージ。
COB/COF/COG: チップを直接基板上に実装する技術。
WLCSP (Wafer Level Chip Scale Package): ウェハーレベルでパッケージングされたCSP。
FOWLP (Fan Out Wafer Level Package): 再配線層を備えたWLCSP。

関連用語

リードフォーミング: リードを曲げる加工。
フリップチップ接続: ダイを裏返して基板にはんだ付けする接続方法。
CSP (Chip Size Package): チップサイズの小型パッケージ。
インターポーザー: ベアチップを搭載し、下面に端子を備えたプリント基板。
リードフレーム: リード端子とダイを保持する金属板。


この説明は、電子部品パッケージの基本的な概念と様々な種類を網羅的に解説しています。各パッケージの詳細な仕様や特性については、それぞれのメーカーのデータシートなどを参照してください。

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