基板実装や回路設計にかんするあれこれ 基板実装や回路設計にかんするwiki記事の自分用の覚え書きです

半導体工場の生産ラインは、それ自体が巨大なクリーンルームとなっている。生物学的クリーンルームよりも、半導体製造現場のほうが遥かに清浄度が高い。ウェハー上の1つの細菌細胞はトランジスタ100個近くを覆い隠す。2008年現在の先端プロセス・ルールである45nmはウイルス以下の大きさである。製造中の半導体は人間がいる環境ではどこにでもあるナトリウムに大変弱く、それが絶縁膜に浸透する為、特にCMOSトランジスタには致命的とも言える。半導体工場のクリーンルーム内に導入される空気は、部屋や場所ごとに設定されたクリーン度に応じて、何度もHEPAフィルターやULPAフィルターで空中微粒子を濾しとられたものが使われる。また水はイオン交換樹脂とフィルターによって空気同様に水中微粒子を徹底的に除去された超純水を使用している。大量のナトリウムを含み、皮膚から大量の角質細胞の破片を落下させ、振動をもたらす人体は半導体プロセスにとって害をなす以外の何物でもなく、クリーンスーツ、いわゆる“宇宙服”を着て製造ラインを汚染しないようにしている。もっとも工場は高度に自動化されており、人間が製造ラインに出向くのは機械の故障といったトラブルがあった時だけである。

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チップマウンターとは電子部品をプリント基板に配置する装置である。表面実装機(Surface Mounter)とも呼ばれる。
概要

表面実装タイプの電子部品は、はんだ付けの前にプリント基板の表面に電子部品を配置する必要がある。この工程を担当する装置がチップマウンターである。
チップ型の電子部品はリール状にまとめたもので、テープフィーダーと呼ばれる専用の供給装置にセットして自動供給する。また、QFP等の大型部品は専用のトレイに入れられており、それをトレイ供給装置にセットして自動供給する。
はんだ工程の種類により、実装前の処理が異なる。通常はクリームはんだ印刷機と「メタルマスク」と呼ばれるマスクを用いて、プリント基板のランドにクリームはんだを塗った状態で電子部品を配置する。場合によっては、電子部品を接着剤で固定するためにディスペンサと呼ばれる装置での前処理が必要となる。
仕組み

基本的には供給装置から供給された部品を装置のノズルが吸着し、それを基板の目的の場所へ搭載（マウント）するという流れである。この時、部品の搭載精度を高めるために専用の部品認識カメラで測定して補正を行っている（一部メーカーは部品にレーザーを当てて測定している）。
種類

チップマウンターは、主に微小チップを高速に搭載するロータリーマウンターと、様々な部品に対応するモジュラーマウンターとに分かれる。
搭載速度はロータリーヘッドにより部品の吸着と搭載を同時に行うことができるロータリーマウンターが圧倒的に速いが、装置が非常に大型になり設置作業も大変であった。さらに、コンパクトであるが搭載速度が遅かったモジュラーマウンターも最近は各メーカーの工夫により高速化されたためロータリーマウンターのシェアは下がり、昨今ではマウンターと言えばモジュラーマウンターを指すまでに一般化している。

XLサイズ基板実装ライン

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現代の電子機器で使用する電子回路は、増幅器や演算器などの機能単位ではすでに回路構成が決まっており、わざわざ個別の抵抗やコンデンサ、トランジスタを1つずつ組み立てる事は、効率が悪く、コストとサイズがかさばり、故障の原因にもなる。複雑な回路を小さな1枚の半導体にまとめて作り込む技術の成果が集積回路であり、現在のコンピュータやデジタル機器を支える主要な科学技術の一つである。古くは固体回路 (Solid-State Circuit) とも呼ばれ、20世紀中頃に考案されて以降、製造技術の進歩により急速に回路規模と性能が向上してきた。

ウェハーと呼ばれる薄い半導体基板の上に光学写真技術によって微細な素子や配線などの像を数十から数百個を写し込み、その像を保護マスクとして半導体基板を溶かしたり上塗りしたりを十から数十回繰り返し、多数の同一回路を同時に1つのウェハー上に作る。ウェハー上の回路はテスト前、または後に1つずつ切り離されてダイ (Die) となる。良品だけがサブストレートやリード・フレームに載せられ、ボンディング・ワイヤやフリップ・チップの直接接続によって外部端子との配線が行われた後、プラスチックやセラミック、金属缶で出来たパッケージに封入され、動作テスト後に梱包・出荷される。

これらがモノリシック集積回路の製造工程であるが、ハイブリッド集積回路は、複数のダイまたは1つのダイといくつかの単体の受動部品といった組み合わせで1つのパッケージに収められたものである。

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DRAM
SRAM - 疑似SRAM
ROM - EPROM - EEPROM
フラッシュメモリ
FeRAM

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マイクロプロセッサ
マイクロコントローラ

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