ベアダイパッケージングは、ICパッケージおよびそれに伴う寄生要素を排除するために、ダイを基板に直接実装する形態のパッケージングである。この分野は、次の2種類のインターコネクションによって支配されている。チップ・オン・ボード（COB）およびフリップチップ。両方のダイレベル実装技術は同じカテゴリに分類されますが、ダイの向き、インターコネクトアーキテクチャ、そしてそれに伴うI/O密度、プロセスの複雑さ、電気的性能の観点から区別することができます。この違いは、基板設計、検査手法などを含む、後工程のほぼすべてのエンジニアリングプロジェクトで活用されています。
COB 対 フリップチップ
COB組立では、ダイは能動回路が基板から離れる向きになるように、表面を下にして配置される。微細ワイヤボンディング（通常は金または銅）によって、ダイ周辺部のボンディングパッドから基板上のこれらのパッドへ電気的接続が行われる。ボンディング後、ワイヤループおよび露出したダイの上にグロブトップエポキシ封止材が塗布され、機械的な保護と周囲環境からの密封が行われる。
フリップチップはこの構成を反転させるものであり、ダイは能動面を下向きにして実装され、はんだバンプまたは銅ピラーが能動面上に直接形成され、その下側の対応する基板パッドに接続される。この方式ではワイヤループが完全に不要となり、ダイと基板の間に大幅に短く、より直接的な電気経路が確立される。その後、アンダーフィルエポキシが充填され、はんだ接合部を機械的に補強するとともに、シリコンダイと基板の間の熱膨張差を緩和する。
この構造上の違い――周辺部ワイヤボンディングとエリアアレイ・バンプ接続――が、両方式の主な相違点の根底にあり、フリップチップが本来的に有する電気的性能上の優位性もそこから生じる。すなわち、より短いインターコネクトは、寄生インダクタンスおよび抵抗の低減に直接つながり、これは特に高速およびRFアプリケーションにおいて重要な要素である。
I/O 密度に関する考慮事項
COBアセンブリでは、ワイヤボンドパッドはボンディング時の短絡を防ぐために十分な間隔が必要であり、さらにワイヤループの形状によって実用上の制約が加わるため、I/O数はダイの周囲長によって制限されます。その結果、ピン数はダイの周囲長に比例して増加します。これは中程度の複雑さを持つデバイスには十分ですが、必要なピン数が増えるにつれて、ますます大きな制約となります。
フリップチップは、エリアアレイ型のインターコネクトアーキテクチャによってこの制約を回避する。バンプがダイの周辺部ではなく表面全体に分布しているため、I/O 密度は周長ではなくダイ面積に比例して拡張する――そして、ダイサイズが大きくなるにつれて、面積は周長に比べて不釣り合いに増加する。このことにより、フリップチップは大幅に多い I/O 数およびより細かいバンプピッチに対応できるようになり、プロセッサ、FPGA、ASIC、高密度メモリといった高複雑度デバイスにおいて、必要なピン密度ではワイヤボンディングが現実的でなくなるため、好まれるインターコネクト方式となっている。
プロセスおよび装置に関する考慮事項
COB実装は、ダイアタッチ、ワイヤボンディング（ボールまたはウェッジ）、検査、封止という確立された順序に従います。プロセス制御は、ボンドプルおよびせん断強度、ワイヤループ形状、パッド位置精度といったパラメータに重点が置かれます。これらの変数は、比較的許容範囲が広く、業界全体で十分に特性評価されています。
フリップチップ実装には、より要求の厳しいプロセスシーケンスが伴う。バンプ形成は通常、ダイのシンギュレーションに先立ってウェーハレベルで行われ、その後、微細なアライメント許容差に対応可能な高精度実装装置による配置が行われる。これは、ピッチが縮小するとバンプとパッドの位置合わせ精度が極めて重要になるためである。接合は、バンプの構成材料およびピッチに応じて、リフロー、熱圧着、またはサーモソニック法によって行われ、その後、アンダーフィルのディスペンスおよび硬化が続く。微細ピッチでのアライメント要求、追加のウェーハレベルでの前処理、そして接合部検査の困難さ — はんだ接合部はダイの下に隠れており、検査にはX線直接目視検査が不可能であるため、検証には音響顕微鏡などを用いる必要があり、フリップチップはワイヤボンディングと比べて、より設備集約的で厳密に管理されたプロセスとなる。
アプリケーションの適合性
COBは一般的に、センサーモジュール、スマートカード、RFIDコンポーネント、ドライバIC、LEDアレイなど、I/O要件が中程度でコストに敏感な設計に適用されます。これらは、基板スペースの削減が優先される一方で、極端なI/O密度や電気的性能は求められない用途です。また、装置導入のハードルが低く、プロセスの成熟度も高いことから、ダイ種の頻繁な切り替えを伴う多品種少量生産環境にも非常に適しています。
フリップチップは一般的に、高性能・高I/O、あるいはスペースに制約のある用途に用いられます。これらの用途では、ワイヤボンディングの実装密度および電気的性能の限界が支配的な制約要因となります。具体的には、プロセッサ、RFフロントエンドモジュール、高速メモリ、および先進的なSiP（System-in-Package）設計などが挙げられ、そこでのインターコネクト長および寄生インダクタンスの低減は、測定可能な性能向上をもたらします。
2つの手法の選択は、ダイのI/O要件、熱的および電気的性能目標、コスト制約、検査およびリワークの考慮事項、生産量によって決定されるべきであり、どちらか一方の手法が常に優れているというわけではありません。
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