半導体後工程：マウンティングとは何か？その方法は？

この記事で分かること

マウンティング

　チップの微細化による性能向上の限界が見え始めていることから、半導体製造において前工程から後工程へと性能向上開発の主戦場が移り始めています。

　複数のチップを効率的に組み合わせて性能を引き出す「後工程」の重要性が増しています。

　前回はダイシング工程に関する解説でしたが、今回はダイ（チップ）をリードフレームや基板の上に固定する工程であるマウンティングに関する記事となります。

マウンティングとはなにか

　後工程のマウンティングとは、半導体製造プロセスにおける後工程の一つで、ダイ（チップ）をリードフレームや基板の上に固定する工程です。　　

　この工程は、ダイボンディング（die bonding）とも呼ばれ、ダイを物理的にパッケージに接続し、次の工程であるワイヤーボンディングやモールディングに備えます。

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マウンティングの目的と重要性

　マウンティングの主な目的は以下の通りです。

• ダイの固定: 製造された個々のダイを、次の工程で安定して扱えるように基板やリードフレームにしっかりと固定します。
• 熱放散: ダイが動作中に発生する熱を効率的に外部へ逃がすための経路を確保します。熱管理は、半導体デバイスの性能と信頼性を維持するために非常に重要です。
• 電気的接続: 接着剤に導電性がある場合、ダイと基板の間に初期的な電気的接続を確立することがあります。

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マウンティングの主な手法

　マウンティングには、主に以下の2つの手法があります。

1. ダイアタッチ（Die Attach）

　ダイアタッチは、ダイをリードフレームや基板に接着する手法です。使用される接着剤（アタッチ材）には、以下のような種類があります。

• エポキシ樹脂: 汎用性が高く、安価なため広く使われます。熱伝導性や電気伝導性を高めるために、銀や金などのフィラー（充填材）が加えられることもあります。
• はんだ: 高い熱伝導性と電気伝導性が得られますが、リフロー工程が必要となります。パワーデバイスなど、特に高い熱放散が求められる用途で使われます。

2. フリップチップ（Flip-Chip）

　フリップチップは、ダイの表面に形成されたバンプ（突起状の電極）を、直接基板上の電極に接続する手法です。

• 特徴: ダイを裏返して（flip）接続するため、この名があります。ワイヤーボンディングが不要となり、信号経路が短くなるため、高周波性能が向上し、小型化にも貢献します。
• メリット: ワイヤーボンディングよりも多くの接続が可能で、高密度な配線が実現できます。また、熱伝導性が高く、発熱しやすい高性能チップに適しています。

　どちらの手法が選ばれるかは、デバイスの用途、性能要件、コストなどによって決まります。

エポキシ樹脂でどのように接着するのか

　エポキシ樹脂は、半導体チップを基板に接着する際に広く使われる熱硬化性接着剤です。その接着方法は、主に1液型と2液型のどちらかになります。

1. 2液型エポキシ接着剤

　2液型は、主剤と硬化剤の2つの液体を混ぜ合わせて使用するタイプです。この2つの成分を混ぜることで化学反応（重合）が始まり、時間とともに硬化します。

• 混合: 主剤と硬化剤を定められた比率で正確に計量し、均一になるまでしっかりと混ぜ合わせます。混ぜ合わせが不十分だと、硬化不良や接着強度の低下につながります。
• 塗布: 混合した接着剤を、チップや基板の接着面に塗布します。
• 硬化: 混合を開始すると反応が進むため、作業可能時間（可使時間）内に接着を完了させる必要があります。硬化時間は、使用する接着剤の種類や室温によって異なります。

2. 1液型エポキシ接着剤

　1液型は、あらかじめ硬化剤が主剤の中に含まれているタイプです。熱を加えることで硬化反応が始まり、接着が完了します。

• 塗布: チップや基板に直接塗布します。
• 加熱: 加熱炉などで、定められた温度と時間で加熱します。これにより、エポキシ樹脂が硬化し、強固な接着力が生まれます。

　半導体製造の後工程では、生産効率や品質の安定性を考慮して、加熱することで短時間で硬化する1液型が主流です。また、熱伝導性や電気伝導性を高めるために、銀などの金属粉が添加された導電性接着剤が使われることもあります。

エポキシとはんだの使い分けは

　エポキシ樹脂とはんだは、半導体のダイボンディング（マウンティング）において、それぞれの特性に応じて使い分けられます。主な違いは、電気的・熱的特性、接合温度、信頼性です。

エポキシ樹脂

　エポキシ樹脂は、主に電気絶縁性が求められる用途や、低温での接合が必要な場合に用いられます。

• 電気的特性: 通常は絶縁体ですが、銀などの金属フィラーを添加することで導電性を持たせることができます。
• 熱的特性: 熱伝導性に優れるように設計された製品もあり、熱を効率よく逃がすことができます。
• 接合温度: はんだよりも低い温度（通常は150〜200℃程度）で硬化するため、熱に弱い部品への影響を抑えられます。
• 信頼性: 衝撃や振動に対する耐性が高く、応力緩和性にも優れています。

はんだ

　はんだは、高い導電性と熱伝導性が最優先される用途、特に大電流が流れるパワーデバイスなどで使用されます。

• 電気的特性: 金属合金であるため、非常に高い導電性を持ち、低抵抗な電気経路を形成します。
• 熱的特性: 熱伝導率が非常に高く、チップから発生する熱を効率的に放熱できます。
• 接合温度: 融点が高いため、リフロープロセスなどで高温（200℃以上）が必要です。
• 信頼性: 優れた接合強度が得られますが、温度サイクルによる疲労破壊のリスクがあります。

使い分けのポイント

• 熱放散と電気伝導性: パワーデバイスや高周波デバイスなど、大電流が流れ、大きな発熱がある場合は、高い導電性と熱伝導性を持つはんだが適しています。
• 熱に弱い部品: 温度上昇を避けたいセンサーや、デリケートなアナログ回路を含むチップなどには、低温で接合できるエポキシ樹脂が選ばれます。
• コストと工程: エポキシ樹脂は、はんだに比べて工程がシンプルでコストを抑えられる場合がありますが、硬化に時間がかかることもあります。