半導体の後工程の材料とは？テープ・接着フィルム・ワイヤ・アンダーフィル・封止材・基板を工程ごとに整理

半導体の後工程の材料とは、ウェーハをチップに切り分けて部品に仕上げるあいだに使う材料です。ウェーハを守るテープ、チップを貼る接着フィルム、電気をつなぐワイヤとバンプ、すき間を埋めるアンダーフィル、チップを包む封止材、土台のパッケージ基板が、工程の順に使われます。

前工程のウェーハやレジストほど話題になりません。それでも、その多くで日本の会社が製品を出しています。HBM（広帯域メモリ）や CoWoS（コワース）のような先端パッケージでは、反りと熱を抑える材料の役目が重くなりました。工程ごとの早見表から順に見ていきます。

先に見たい節 工程ごとの早見表/アンダーフィルとは/封止材/先端パッケージで求められること

半導体の後工程の材料とは

後工程の材料の早見表

後工程の流れに沿って、使う材料を並べました。左から順に工程が進みます。

削る・切るときにウェーハを守る：テープ

後工程の最初の材料は、粘着テープです。ウェーハの裏を削るとき(バックグラインド)は、回路のある表の面にテープを貼って、削りくずや水から守り、ウェーハを固定します。切るとき(ダイシング)は、ウェーハの裏にテープを貼り、リングの枠に張って、切り分けたチップがばらばらにならないよう支えます。

ダイシングテープの多くは、紫外線(UV)を当てると粘着力が弱まる作りになっています。切るときはしっかり貼りつき、切ったあとはチップを取り上げやすくするためです。リンテックの「Adwill」シリーズには、UV で硬化するダイシングテープ、バックグラインドテープ、ダイシングとダイボンディングを1枚で行うテープなどがあります。

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接着材・ワイヤ・バンプ・アンダーフィル

貼る：接着フィルム(DAF)とペースト

切り分けたチップは、基板やリードフレームに貼り付けます。昔からの接着剤のペーストに加え、メモリのように薄いチップを何枚も積む製品では、厚みのそろった接着フィルム(DAF:ダイアタッチフィルム)が使われます。レゾナックは、ダイシングテープとダイボンディング用のフィルムを1枚にした製品を、3D NAND や DRAM からリードフレーム用まで出しています。

つなぐ：ボンディングワイヤとバンプ

ワイヤーボンディングでは、金・銅・銀などの髪の毛より細い線を使います。田中貴金属グループの田中電子工業は、金のほか銅・銀のボンディングワイヤを手がけています。フリップチップでは、チップの面に並べた小さな突起(バンプ)で基板とつなぎます。バンプには、はんだの玉や、銅の柱(銅ピラー)の先にはんだを載せたものが使われます。

アンダーフィルとは：すき間を埋めて接合を守る

アンダーフィルとは、フリップチップでチップと基板のすき間を埋める樹脂です。樹脂を重ねた基板は、シリコンのチップより温まったときに大きく伸びるため、そのままではバンプに力が集まって割れることがあります。すき間を樹脂で固めて、力を面全体に分けるのが役目です。ナミックスは「フリップチップ用アンダーフィル剤」を製品にしています。

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チップを包む：封止材

つないだチップを包むのが封止材です。中身は、エポキシ樹脂に、シリカ(石英を溶かして丸くした粉)をたくさん混ぜたものです。樹脂だけでは温まったときに大きく伸びてしまうので、伸びにくいシリカを混ぜて、チップや基板との伸び方の差を小さくしています。

住友ベークライトの「スミコン EME」は、半導体封止用のエポキシ樹脂成形材料で、BGA・CSP からウェーハやパネルの単位で包むパッケージ、パワーモジュールまで幅広く使われます。封止材に混ぜるシリカでは、デンカが球状の溶融シリカを出しています。

各社の製品ページを工程の順に読み比べて、筆者が気づいたことがあります。材料の会社は、製品を「困りごとの名前」で分けている。リンテックはバックグラインド用・ダイシング用・ダイシングとダイボンディングを兼ねるテープと工程ごとにテープを並べ、住友ベークライトの封止材は「低反り」「狭部充填性」「高熱伝導性」のように、パッケージで起きる問題の名前でシリーズを分けていました。この記事の早見表を工程の順にしたのは、そのためです。

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チップを載せる土台：パッケージ基板とリードフレーム

チップを載せる土台には、大きく2つあります。1つは、薄い金属の板を打ち抜いたリードフレームで、ワイヤーボンディングの多くの製品で使われます。もう1つは、細かい配線を何層も重ねたパッケージ基板で、端子の多い CPU や GPU のフリップチップに欠かせません。

パッケージ基板は、それ自体がたくさんの材料でできています。配線の層と層の間を絶縁するフィルムには、味の素の「味の素ビルドアップフィルム®(ABF)」が CPU などの土台の基板に使われています。基板の芯には、ガラスの繊維を布にしたガラスクロスが入り、日東紡は、温まっても伸びにくい T ガラスがAI半導体などのパッケージ基板に採用されていると説明しています。

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先端パッケージで材料に求められること

HBM のようにチップを何枚も積む、CoWoS のように大きなパッケージに GPU とメモリを並べる、といった先端パッケージでは、後工程の材料にこれまでより厳しい条件がかかります。

このため、後工程の材料は「安い消耗品」から、パッケージの性能と歩留まりを左右する材料へと位置づけが変わりつつあります。

品質保証の仕事では、不良の原因を「どの材料と、どの材料の境目か」で切り分ける考え方がよく使われます。剥がれなら接着材やテープと相手の面の境目、割れなら温まったときの伸び方の差。後工程の材料を工程ごとに押さえておくと、反り・剥がれ・接合の割れといった不良の話を、材料の名前で追えるようになります。

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後工程の材料を知ると、何が見えてくるか

よくある誤解

まとめ

よくある質問

後工程の材料を、半導体の製造と業界の全体の中で位置づけたい方に。本書（SBクリエイティブ）は、前工程・後工程・材料の章に加え、NVIDIAが牽引するAI向け半導体の進化や最新動向も、図解で紹介しています。