チップパッケージにおける銅箔の用途

銅箔導電性、熱伝導性、加工性、そしてコスト効率の高さから、半導体パッケージングにおいてますます重要性を増しています。以下は、半導体パッケージングにおける具体的な用途の詳細な分析です。

1. 銅線ボンディング

• 金線またはアルミ線の代替品従来、チップパッケージでは、チップ内部の回路と外部リードを電気的に接続するために、金線やアルミ線が使用されてきました。しかし、銅加工技術の進歩とコスト削減に伴い、銅箔と銅線が徐々に主流になりつつあります。銅の電気伝導率は金の約85～95%ですが、コストは約10分の1であるため、高性能と経済性の両立に最適です。
• 強化された電気性能銅ワイヤボンディングは、高周波・大電流アプリケーションにおいて抵抗が低く熱伝導性に優れているため、チップ相互接続における電力損失を効果的に低減し、全体的な電気性能を向上させます。そのため、ボンディングプロセスにおいて銅箔を導電材料として使用することで、コストを増やすことなくパッケージング効率と信頼性を向上させることができます。
• 電極やマイクロバンプに使用フリップチップ実装では、チップを反転させることで、チップ表面の入出力（I/O）パッドをパッケージ基板上の回路に直接接続します。銅箔を用いて電極とマイクロバンプを形成し、基板に直接はんだ付けします。銅は熱抵抗が低く、導電性が高いため、信号と電力を効率的に伝送できます。
• 信頼性と熱管理銅は優れたエレクトロマイグレーション耐性と機械的強度を備えているため、さまざまな熱サイクルや電流密度下でも優れた長期信頼性を実現します。さらに、銅の高い熱伝導率は、チップ動作中に発生する熱を基板またはヒートシンクへ速やかに放散し、パッケージの熱管理能力を向上させます。
• リードフレーム材質: 銅箔リードフレームパッケージング、特にパワーデバイスのパッケージングでは、銅箔が広く使用されています。リードフレームはチップの構造的支持と電気的接続を提供するため、高い導電性と優れた熱伝導性を備えた材料が求められます。銅箔はこれらの要件を満たし、パッケージングコストを効果的に削減すると同時に、放熱性と電気性能を向上させます。
• 表面処理技術実用上、銅箔は酸化防止とはんだ付け性を向上させるため、ニッケル、スズ、銀めっきなどの表面処理が施されることがよくあります。これらの処理により、リードフレームパッケージにおける銅箔の耐久性と信頼性がさらに向上します。
• マルチチップモジュールの導電性材料システム・イン・パッケージ技術は、複数のチップと受動部品を単一のパッケージに統合することで、高集積化と機能密度を実現します。銅箔は内部接続回路の製造や電流伝導経路として用いられます。この用途では、限られたパッケージスペースでより高い性能を実現するために、高い導電性と超薄型特性を持つ銅箔が求められます。
• RFおよびミリ波アプリケーション銅箔は、SiPの高周波信号伝送回路、特に無線周波数（RF）およびミリ波アプリケーションにおいて重要な役割を果たします。銅箔は低損失特性と優れた導電性を備えており、これらの高周波アプリケーションにおける信号減衰を効果的に低減し、伝送効率を向上させます。
• 再配布層（RDL）で使用されるファンアウトパッケージでは、銅箔を用いて再配線層を構築します。これは、チップのI/Oをより広い領域に再配線する技術です。銅箔は高い導電性と優れた接着性を備えており、再配線層の構築、I/O密度の向上、そしてマルチチップの統合をサポートする理想的な材料です。
• サイズ縮小と信号整合性: 再配線層に銅箔を使用すると、パッケージ サイズを縮小しながら信号伝送の整合性と速度を向上させることができます。これは、より小さなパッケージ サイズとより高いパフォーマンスが求められるモバイル デバイスや高性能コンピューティング アプリケーションで特に重要です。
• 銅箔ヒートシンクと熱チャネル銅箔は優れた熱伝導性を持つため、チップパッケージ内のヒートシンク、サーマルチャネル、熱伝導性材料などによく使用され、チップから発生する熱を外部の冷却構造に素早く伝達するのに役立ちます。この用途は、CPU、GPU、電源管理チップなど、精密な温度制御が求められる高出力チップやパッケージにおいて特に重要です。
• シリコン貫通ビア（TSV）技術で使用される2.5Dおよび3Dチップパッケージング技術では、シリコン貫通ビア（TSI）用の導電性充填材として銅箔が使用され、チップ間の垂直接続を実現します。銅箔は優れた導電性と加工性を備えており、これらの高度なパッケージング技術において最適な材料となっています。高密度実装と信号経路の短縮をサポートし、システム全体の性能向上に貢献します。

2. フリップチップパッケージング

3. リードフレームパッケージ

4. システムインパッケージ（SiP）

5. ファンアウトパッケージ

6. 熱管理および放熱アプリケーション

7. 高度なパッケージング技術（2.5D、3Dパッケージングなど）

総じて、チップパッケージにおける銅箔の応用は、従来の導電接続や熱管理に限定されず、フリップチップ、システムインパッケージ、ファンアウトパッケージ、3Dパッケージといった新興パッケージ技術にも広がっています。銅箔の多機能特性と優れた性能は、チップパッケージの信頼性、性能、そしてコスト効率の向上に重要な役割を果たしています。