フリップチップとは？仕組み・利点・作り方をやさしく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

フリップチップとは？

フリップチップは半導体パッケージの一種で、ダイの裏側にある接続ボンブを基板上のパッドへ直接接合する技術です。従来のワイヤーボンディングに比べ、配線を立ち上げずに接続できるため、配線密度の向上、小型化、および高い信号性能を実現します。

仕組みの基本

フリップチップの基本は、ダイの裏側に形成された微細なボンブ（はんだ球など）を、基板上の金属パッドと対面させて接合することです。ダイを“フリップ”させた状態でボンブを溶かしてパッドにくっつけ、エポキシ系の接着剤かアンダーフィルを用いて機械的な強度と熱的信頼性を高めます。このとき、ダイと基板の間には小さなギャップができ、電気的な接続はボンブを介して成立します。

メリットとデメリット

メリットとして、想定される最大の利点は配線密度の高さと小型化です。これにより同じ大きさのパッケージにより多くのI/Oを詰め込むことができ、信号経路が短縮されるため電気的性能が改善します。また、熱設計の自由度が増え、消費電力の高いデバイスにも適用しやすくなります。

デメリットとしては、製造工程が複雑でコストが高くなる点、基板との適合性や信頼性の管理が難しい点、アンダーフィルの充填工程が重要で時間と設備を要する点が挙げられます。

製造工程の概要

フリップチップの製造は以下のような流れで行われます。まずダイの裏側にボンブを形成します。次にダイをフリップさせ、基板のパッドと対面させてはんだを溶かして接合します。接合後、機械的強度と絶縁性を高めるためにアンダーフィルを流し込みます。最後に検査を行い、信号の伝送が正常か、熱特性に問題がないかをチェックします。

用途とよくある場面

スマートフォンのCPUやメモリ、グラフィックスカード、データセンター用の高性能チップなど、高密度のI/Oを必要とする現代の半導体パッケージで多く用いられます。消費電力の高いデバイスほどフリップチップのメリットを生かしやすいです。

比較表：フリップチップ vs ワイヤーボンディング

比較項目	フリップチップ	ワイヤーボンディング
結合方式	裏面ボンブを基板へ接合	ダイとリード線を接触
配線密度	高い	低め
パッケージサイズ	小型化しやすい	大きくなることが多い
コスト	初期設備は高いが量産で安くなる場合あり	比較的安価な設備で実現可能
信頼性・熱設計	熱伝導性が良く設計の自由度が高い	熱設計が難しくなる場合がある
用途の例	スマホ、GPU、高密度チップ	旧来の計算用ICや低コスト機器

今後の展望と注意点

フリップチップは今後も高性能機器の主力となる見込みです。技術は微細化が進み、ボンブの寸法をさらに細くする取り組みや、アンダーフィルの材料開発が活発です。ただしコスト管理と信頼性評価の適切な運用が不可欠です。新しい基板材料や低温・高温の信頼試験を組み合わせることで、より長寿命のデバイスが生まれるでしょう。

まとめ

要するに、フリップチップはダイの裏側を使って基板と直接接続する現代的な半導体パッケージ技術です。配線密度が高く小型化・高性能化を実現しますが、製造は難しくコストもかかります。用途を適切に選ぶことで、スマートフォンやPC、データセンター機器などの高性能化に貢献します。

フリップチップの関連サジェスト解説

フリップチップバンプとは: フリップチップバンプとは、半導体チップ（ICチップ）と基板を電気的につなぐための接合部品の一種です。フリップチップはチップを裏返して基板の配線パターンと対面させる接合方法で、バンプとはチップ上の小さなはんだ球（またははんだ柱、銅ピラーなど）を指します。バンプはチップのパッドと基板の配線を物理的に結ぶ橋渡しの役割を果たし、チップと基板を近くで結ぶことで配線長を短くし、信号品質を向上させます。製造の流れをざっくり説明すると、まずチップ上にバンプを作ります。これを「はんだバンプ」や「マイクロバンプ」と呼び、銅ピラーや他の材料を使う場合もあります。次にチップを反転させ、基板の上に置いてパッド同士を正確にそろえます。接触面を加熱してはんだを溶かし、冷えると固着します。このときリフローと呼ばれる熱処理プロセスが使われ、バンプが基板上のパッドと強く結合します。フリップチップバンプの大きな利点は、配線の密度を高くできることです。従来のワイヤボンディングと比べ、チップと基板の間の距離が短く、パッケージの厚みを抑えやすく、熱の放散も良くなります。その結果、スマートフォンの高性能チップ、パソコンのGPU、車載センサーやAIチップなど、電気信号の多いデバイスで使われることが多いのです。反面、製造コストが高く、バンプの欠陥を見つける検査が難しい、再作業が難しいといった注意点もあります。学ぶ際には、はんだバンプ、マイクロバンプ、銅ピラー、リディストリビューション層（RDL）、リフローの意味と役割などの用語を分けて理解すると良いでしょう。初心者にも身近な例では、スマホやPCのCPU/GPUの裏側でこの技術が使われていることを覚えておくと理解が深まります。

フリップチップの同意語

フリップチップ: 半導体パッケージの一方式で、ダイ（チップ）を反転させた状態で基板に直接はんだボンディングなどで接続する実装技術の総称。
Flip-Chip: 英語表記の同義語。意味は日本語の“フリップチップ”と同じく、ダイを反転させて基板へ接続する実装法を指す。
フリップチップ実装: フリップチップを用いたダイの実装手法を表す呼び方。ダイを反転させて基板に接続する工程全般を指す。
フリップチップ接合: ダイと基板をフリップチップ方式で接合する工程・技術のこと。接合材としてはんだボンディングが一般的。
フリップ・チップ実装法: フリップチップを使った実装の方法論。実装プロセスや設計上の考慮事項を含む広い意味で使われる表現。
フリップボンディング: ダイを反転させて基板に接合する技術を指す、Flip-Chipを日本語風に言い換えた表現として用いられることがある。

フリップチップの対義語・反対語

ワイヤボンディング方式: ダイの端子を金線などのワイヤでパッケージのリードフレームや基板のパッドに接続する従来の実装方式。フリップチップはダイを裏返してバンプ接続を行うのに対し、こちらは裏返さずに結線します。
リードフレームパッケージ: リードフレームを介してダイとパッケージを導通させる構造の総称。フリップチップと比較すると、ワイヤボンディングを前提とした伝統的なパッケージ形態です。
チップオンボード（COB）: ダイを直接プリント基板（PCB）上に接着・配置し、基板上のパッドと配線で結線する実装方式。フリップチップのようにダイの裏面にバンプを介して基板と直接接合する方式とは異なります。
ダイ・オン・リードフレーム（Die-on-Leadframe）: ダイをリードフレーム上に置き、ワイヤで接続する従来型の実装。フリップチップの対極として参照されることがあります。
スルーホール実装（Through-Hole）: 部品を穴の開いた基板に挿入してはんだ付けする従来の実装方式。フリップチップの“表面実装”とは逆の実装形態として挙げられることがあります。

フリップチップの共起語

バンプ: ダイと基板を電気的に結ぶ小さなはんだの突起。フリップチップでの接続要素として使われる。
はんだボンディング: はんだを介してダイのIOパッドと基板のパッドを機械的・電気的に結合する接続方法。
ダイ: 半導体チップのこと。フリップチップではこのダイの裏面を基板に接続する。
ダイ裏面: フリップチップでダイの裏側を基板に向けて接続する面。バンプが配置されることが多い。
アンダーフィル: ダイと基板の間を樹脂で充填して機械的強度を高め、熱応力を緩和する材料。
基板: ダイを実装する相手の基板。フリップチップではダイ裏面がここに接続される。
サブストレート: ダイを受ける基板の別称。実装対象となる基板材料や構造を指すことが多い。
マイクロバンプ: 微細なバンプ。高密度実装で用いられる小さなはんだ突起。
バンプアレイ: バンプが規則的に並んだ配列。ダイと基板の接続点の配置を表す。
IOパッド: ダイ上の入力出力パッド。基板のパッドと電気的に結合される。
配線層: 基板内部の信号をつなぐ金属層。フリップチップ実装では配線設計が重要。
熱設計/熱管理: 熱を効果的に放出・分散する設計。フリップチップ実装では熱経路の検討が必須。
応力: 材料の熱膨張差などで生じる機械的な力。長期信頼性を左右する要因。
CTEミスマッチ: 熱膨張係数の不一致のこと。ダイと基板間で生じる応力の原因となる。
リードフレーム: 従来型パッケージで使用される部材。フリップチップに対する比較対象として言及される。
チップレット: 複数の小型チップを組み合わせて一つの機能を実現する構造。フリップチップ実装と組み合わせる場面がある。

フリップチップの関連用語

フリップチップ: 半導体ダイを基板の上に伏せて置き、ダイのバンプを基板のパッドへはんだで接続するパッケージ技術。信号密度が高く短い走査経路を実現しやすい。
ソルダーバンプ: ダイ上に形成される小さなはんだの突起。これを基板のパッドと溶融接合することで電気的・機械的接続を作る。
Cuピラー: 銅製の柱状導体。ダイと基板を高密度に接続する際に使われ、信号密度の向上と熱伝導性の改善を図る。
UBM(Under-Bump Metallization): はんだボンプの下に敷く金属層。はんだの濡れ性を良くし、長期信頼性を高める役割を担う（例: TiW/Cu/NiV/Au などのスタック）。
アンダーフィル: ダイと基板の間をエポキシ系樹脂で充填して、機械的強度と熱衝撃耐性を高める接着材。
再配線層(RDL): ダイのIOをボンプの位置へ再配線する薄膜金属層。微細配線技術で信号経路の柔軟性と高密度化を実現する。
インターポーザ: ダイ間をつなぐ中間基板。複数のダイをひとつのパッケージに集約するための中継役を果たす。
FC-WLP(Flip-Chip Wafer-Level Packaging): ウェーハレベルでパッケージ化し、フリップチップ接続を実現する技術群。小型・低コストが特徴。
FC-BGA(Flip-Chip Ball Grid Array): フリップチップとBGAを組み合わせたパッケージ。ダイを反転接続し、表面のボールで外部へ接続する構成。
CSP(Chip Scale Package): チップとほぼ同じ大きさの小型パッケージ。高密度・小型化を追求する設計で、フリップチップと相性が良い。
BGA(ボールグリッドアレイ): パッケージ表面に格子状にはんだボールを配置して外部へ信号を出す接続方式。広く用いられる基幹技術。
3DIC(3Dインテグレーテッドサーキット): ダイを垂直に積層して接続する3次元集積回路。フリップチップ接続と組み合わせて高密度化を実現する。
異方性導電フィルム(ACF): 薄い導電性フィルムを用いて、ダイと基板を導電的に接続する方法。はんだを使わない接続や、微細素子への適用で用いられることがある。
ダイアタッチ: ダイを基板に固定・接着する工程・材料。フリップチップではエポキシ樹脂やはんだボンプなどで機械的固定を行う。
共晶はんだ: 共晶組成で温度変化時に同時に溶融・固化するはんだ。接合時の作業条件が分かりやすい。代表例はSn-Pb系。
無鉛はんだ(Sn-Ag-Cu, SAC系): 鉛を含まないはんだ合金（例: Sn-Ag-Cu）。環境規制対応として広く採用される。
リフロー: はんだを溶かして部材を同時に接合する加熱プロセス。温度プロファイルの管理が重要。
フラックス: はんだ付けを助ける化学物質。酸化を除去して金属の濡れ性を高め、接合品質を向上させる。