パッケージの上にパッケージ

パッケージ オン パッケージ( PoP ) は、個別のロジックおよびメモリボール グリッド アレイ(BGA) パッケージを垂直に組み合わせる集積回路のパッケージング方法です。2 つ以上のパッケージが互いに積み重ねられ、標準インターフェイスを使用してパッケージ間で信号をルーティングします。これにより、携帯電話、パーソナル デジタル アシスタント(PDA)、デジタル カメラなどのデバイスでコンポーネント密度を高めることができますが、高さ要件がわずかに高くなります。放熱を考慮すると、2 つ以上のパッケージを積み重ねることは一般的ではありません。

PoP には、広く使用されている 2 つの構成があります。

• 純粋なメモリスタッキング: 2つ以上のメモリのみのパッケージが互いに積み重ねられます
• ロジックとメモリの混合スタッキング: ロジック (CPU) パッケージが下部、メモリ パッケージが上部。たとえば、下部は携帯電話用のシステム オン チップ(SoC)になります。ロジック パッケージは、マザーボードへの BGA 接続がさらに多く必要なため、下部に配置されます。

PCB アセンブリ中、PoP スタックの一番下のパッケージは PCB 上に直接配置され、スタックの他のパッケージはその上に積み重ねられます。PoP スタックのパッケージは、リフローはんだ付け中に互いに (および PCB に) 接続されます。

PoP パッケージングは​​、チップ製造元 ( SamsungやTSMCなど) が行うことも、OEM ( Meizuなど) が行うこともできます。

パッケージ オン パッケージ技術は、従来のパッケージングの利点とダイ スタッキング技術の利点を組み合わせながら、それぞれの欠点を回避することを目的としています。

従来のパッケージングでは、各ダイを独自のパッケージに配置します。このパッケージは、各パッケージを PCB 上に直接並べて配置する通常の PCB アセンブリ技術用に設計されています。3Dダイ スタッキング システム イン パッケージ(SiP) 技術では、複数のダイを 1 つのパッケージに積み重ねます。これには、従来の PCB アセンブリと比較して、いくつかの利点と欠点があります。

埋め込みPoP技術では、チップはパッケージの底部の基板に埋め込まれます。このPoP技術により、より短い電気接続でより小型のパッケージが可能になり、Advanced Semiconductor Engineering (ASE)などの企業によってサポートされています。^[1]

最も明らかな利点は、マザーボードのスペースを節約できることです。PoP は PCB 領域をはるかに少なく使用し、スタックダイ パッケージとほぼ同じくらい小さくなります。

電気的には、PoP は、コントローラやメモリなどの相互動作するさまざまな部品間のトラックの長さを最小限に抑えることでメリットをもたらします。これにより、回路間の相互接続のルーティングが短くなり、信号の伝播が速くなり、ノイズやクロストークが減少するため、デバイスの電気的パフォーマンスが向上します。

スタックダイ製品とスタックパッケージ製品には、いくつかの重要な違いがあります。

パッケージ オン パッケージの主な経済的利点は、メモリ デバイスがロジック デバイスから分離されることです。したがって、これにより、PoP は、従来のパッケージングがスタック ダイ製品に対して持つのと同じ利点をすべて得ることができます。

• メモリパッケージはロジックパッケージとは別にテストできます
• 最終組み立てでは、「良好であることがわかっている」パッケージのみが使用されます (メモリが不良の場合はメモリのみが破棄されます)。これを、メモリまたはロジックのいずれかが不良の場合、セット全体が役に立たず、拒否されるスタック ダイ パッケージと比較してください。
• エンドユーザー (携帯電話やデジタルカメラのメーカーなど) が物流を管理します。つまり、ロジックを変更することなく、異なるサプライヤのメモリを異なるタイミングで使用できます。メモリは、最も低コストのサプライヤから調達する商品になります。この特性は、エンドユーザーの上流で特定のメモリデバイスを設計して調達する必要がある PiP (パッケージインパッケージ) と比較した場合の利点でもあります。
• 機械的に結合するトップパッケージであればどれでも使用できます。ローエンドの電話の場合、トップパッケージでより小さなメモリ構成を使用できます。ハイエンドの電話の場合、同じボトムパッケージでより多くのメモリを使用できます。^[2]これにより、OEMによる在庫管理が簡素化されます。スタックダイパッケージやPiP（パッケージインパッケージ）の場合でも、正確なメモリ構成は数週間または数か月前に知っておく必要があります。
• メモリは最終組み立て時にのみ組み込まれるため、ロジック サプライヤがメモリを調達する必要はありません。スタック ダイ デバイスの場合、ロジック プロバイダはメモリ サプライヤからメモリのウェハを購入する必要があります。

• JEDEC JC-11 委員会は、ボトム PoP パッケージに関連するパッケージ アウトライン描画標準を扱っています。MO-266A 文書および JEDEC 出版物 95、設計ガイド 4.22 を参照してください。
• JEDEC JC-63 委員会は、トップ (メモリ) PoP パッケージのピン配置の標準化を扱っています。JEDEC 標準 No. 21-C、ページ 3.12.2 – 1 を参照してください。

パッケージ上のパッケージは、他の名前でも知られています。

• PoP: 上位パッケージと下位パッケージを組み合わせたものを指します
• PoPt: トップパッケージを指します
• PoPb: 下部パッケージを指します
• PSvfBGA :ボトムパッケージを指す:パッケージスタック可能非常に薄いファインピッチボールグリッドアレイ[ 3 ^]
• PSfcCSP :下部パッケージを指します:パッケージスタック可能フリップヒップヒップスケールパッケージ

2001年、東芝の研究チーム（井本 剛志、松井 正之、田久保 忠雄）は、3D集積回路（3D IC）パッケージを製造するための「システムブロックモジュール」ウェーハボンディングプロセスを開発しました。^{[4] [5]} 3Dパッケージオンパッケージチップの最も古い商用利用は、2004年に発売されたソニーのプレイステーションポータブル（PSP）携帯ゲーム機でした。PSPハードウェアには、東芝が製造したeDRAM（組み込みDRAM）メモリが、2つのダイを垂直に積み重ねた3Dパッケージチップに含まれています。 ^[6]東芝は当時これを「セミ組み込みDRAM」と呼んでいましたが、後に積層型「チップオンチップ」（CoC）ソリューションと呼ぶようになりました。^{[6] [7]}

2007年4月、東芝は8層3Dチップパッケージ、16GB THGAM組み込みNANDフラッシュメモリチップを商品化した。これは8つの2GB NANDフラッシュチップを積み重ねて製造された。^[8]同月、マキシム・インテグレーテッドのスティーブン・M・ポープとルーベン・C・ゼータが米国特許7,923,830（「上部パッケージの基板に改ざん防止メッシュを備えたパッケージオンパッケージセキュアモジュール」）を出願した。^[9] 2007年9月、ハイニックス・セミコンダクターは24層3Dパッケージング技術を導入し、ウェーハボンディングプロセスを使用して24個の積み重ねられたNANDフラッシュチップで製造された16GBフラッシュメモリチップを発表した。^[10]    

• イノベーションがパッケージ・オン・パッケージを新たな市場に押し上げる、フリン・カーソン、セミコンダクター・インターナショナル、2010 年 4 月
• 実用コンポーネント PoP サンプルとテストボード (デイジーチェーン)
• この業界大ヒットの裏話 (Semiconductor International、2007-06-01)
• パッケージオンパッケージは携帯電話のキラーアプリです (EETimes 記事 2008 年 7 月)
• 「POP」が未来へ (Assembly Magazine、2008-09-30)
• パッケージオンパッケージ: トップとボトムのPoPテクノロジー
• PoP はんだボール (Circuits Assembly Magazine、2010 年 12 月)
• BeagleBoardはPoPプロセッサを使用しています
• 携帯電話向けキラーアプリ EETimes 2008-10-20
• TMV: 次世代 PoP 要件を実現する技術 Semicon International 2008-11-04 ^{[ permanent dead link ‍ ]}
• はんだボールを転がす (Circuits Assembly Magazine、2010 年 10 月)
• 部品を水没させないでください! (Circuits Assembly Magazine、2010 年 8 月)
• POP (パッケージ オン パッケージ): 組み立て、再作業、信頼性に関する EMS の視点 2009-02-12
• Hamid Eslampour 他「高度な PoP パッケージ構成の比較」、2010 電子部品および技術会議 (ECTC) 議事録
• パッケージオンパッケージアセンブリ検査と品質管理電子書籍、ボブ・ウィリス