用語解説 ハンドウタイパッケージ

半導体パッケージとは

半導体パッケージとは、チップを保護し基板と電気的につなぐ外装と配線のこと。QFP・BGAなどの種類、AI向けGPUで重要になった2.5D/3Dの先端パッケージ、価格が決まる仕組み、OSAT・ファウンドリ・基板メーカーといった主要プレイヤーを解説する。

半導体パッケージとは、シリコンのチップ(ダイ)を衝撃や湿気から守り、プリント基板と電気的につなぐための外装と配線のことです。チップはそのままでは基板に実装できないので、ほぼすべての半導体製品はパッケージに収めた状態で出荷されます。

半導体パッケージとは:役割と主な種類

役割は3つあります。1つ目はチップの保護です。2つ目は再配線で、チップの細かい端子の間隔を、基板の配線に合う間隔まで広げます。3つ目は放熱です。

形の違いでは、四辺からリード(足)が出るQFPと、裏面にはんだボールを格子状に並べたBGAが代表的です。チップのつなぎ方では、細い金属線でつなぐワイヤボンディングと、チップを裏返してバンプ(小さな突起状の電極)で直接つなぐフリップチップがあります。

先端パッケージ(2.5D・3D・チップレット)が注目される理由

いま注目されているのは先端パッケージです。1つのパッケージの中に複数のチップを並べたり(2.5D)、積み重ねたり(3D)して、1枚の大きなチップに近い性能を出す技術です。機能ごとに分けた小さなチップ(チップレット)を組み合わせる設計も、この技術を土台にしています。

AI向けGPUでは、演算チップと広帯域メモリHBMをシリコンインターポーザ(チップ同士を細かく配線する中継基板)の上に並べる構成が使われています。代表例がTSMCのCoWoSです。回路の微細化だけでは性能を伸ばしにくくなり、パッケージで性能を稼ぐ比重が高まっています。

当サイトの記事によると、NVIDIAのジェンスン・フアンCEOは決算説明会で需要に応える上での制約要因を問われ、「サプライチェーン全体」と答えました。この発言からは、そのうちパッケージ工程がどれだけの制約になっているかまでは分かりません。

使い方:エンジニアと企画担当が押さえる点

エンジニアにとって、パッケージの選び方は基板設計・実装工程・放熱設計に直接影響します。たとえばBGAは端子を多くできる反面、はんだ付けした部分を目で見て検査できません。部品を選ぶときは、データシートのパッケージ図面・熱抵抗・推奨ランドパターンを確認するのが基本です。

事業会社の企画担当が先端パッケージを直接扱うことはほとんどありません。関わるのは、AIサーバやGPUを調達する場面です。サーバの納期や価格を見込むときに、パッケージ工程の供給能力が判断材料の1つになります。

料金:価格はどう決まるか

半導体パッケージに公開された定価はなく、個別見積もりで決まります。費用は、パッケージの種類、端子数、基板の材料、生産数量によって大きく変わります。汎用の表面実装パッケージとAI向けの2.5D/3Dパッケージでは、工程の数も必要な設備もまったく違います。具体的な単価は、確かな情報がないためこの記事では扱いません。

誰が作っているのか:主要プレイヤーと競合

作り手は3種類に分かれます。後工程(チップを切り出してパッケージに収める工程)を請け負うOSAT(ASE、Amkorなど)、先端パッケージを自社で手がけるファウンドリ(TSMCなど)、パッケージ基板や材料のメーカーです。日本では、パッケージ基板の新光電気工業やイビデンが知られています。

当サイトの記事では、新光電気がジャパンディスプレイ(JDI)の茂原工場を取得し、先端半導体のパッケージ工場として使うとEE Times Japanが報じたことを伝えています。ただし、取得額、取得時期、生産開始時期、つくる製品は確認できていません。

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