戻る LSI (large scale integration)

IC は半導体のチップ上に多数のトランジスタやダイオードなどの素子を集積して電子回路を構成したものですが、 1000 〜 10万個程度の素子を集積したものを LSI (大規模集積回路)、 それ以上の素子を集積したものを VLSI (very large scale integration, 超大規模集積回路) といいます。

IC の集積度が高くなると、IC の電子回路は複雑になり、機能が高くなります。 それに伴って IC の外部に接続する信号の数も一般的に増え、IC のピン (リード) がたくさん必要になります。 また、小さなチップにトランジスタを集積すればするほど、発熱が増えます。 IC の形状やサイズは、ピンの数と発熱の程度によってほぼ決まります。

下の写真は様々な形状の LSI または VLSI です。

DIP
DIP
 DIP (dual in-line package) といいます。 IC の形状としては代表的なもので、8 〜 40 ピンのものが大部分です。 DIP IC のピンのピッチは 2.54mm が標準 (狭くしたものもあります) ですから、 40ピンでは IC の両側に 20ピンずつ並び、IC の長さは約 50mm になります。 取り扱いは簡単ですが、電子機器を小さくしたい用途には向きません。
PLCC
PLCC
 PLCC (plastic leaded chip carrier) です。 リードを "J" 字型に内側に曲げてあるので、SOP や QFP のように、 IC の外側に接続用のスペースを設ける必要がありません。
リードピッチは 1/20 インチ (1.27mm) ですから、たくさんのピンが必要なものには向きませんが、 温度変化のストレスに対する耐性が高く、IC ソケットを使用すれば容易に IC を交換できるという特徴があります。

DIP や PGA はプリント基板に開けた穴にリードを挿入して半田付けしますが、 PLCC や以下の SOP、QFP、BGA などはプリント基板に載せただけで半田付けしすます。 基板にリード挿入用の穴を開けなくても良いので機器の小型化に適しています。 これを表面実装 (SMT: surface mount technology) といいます。
SOP
SOP
 SOP (small outline package) といいます。IC の両側にリードが並んでいます。 実装密度を高めるために高さを 2mm 程度にした、TSOP (thin small outline package) というのもあります。 メモリボードの DRAM などでよく見かけます。
リードのピッチを狭くするとピン数を増やすことができますが、これには限界があり、 0.5mm が一般的に使われる狭いピッチです。 これより狭くなると、IC の取り扱いが極めて難しくなります。
QFP
QFP
 ピンの数が増えると、両側では足りなくなるので IC の４辺を使用します。 QFP (quad flat package) と呼ばれています。
このような IC を実装するには、0.1mm でもずれたり、曲がったりすることは許されません。 IC のリードピッチが 0.5mm くらいに狭くなると、隣のピンとショートする可能性が高くなります。 このような LSI を基板に実装するためには、部品のズレや曲りをカメラで測定し、 それを補正して基板に置くことができる高機能・高精度の機械が必要です。
PGA
PGA
 さらにたくさんのピンが必要な場合は、IC の底面にピンを格子状に配置します。
左図は Pentium という、1996年頃を中心にパソコンで使用されていた CPU (MPU) の裏面です。 296本ものピンがあります。 このような IC のパッケージを PGA (pin grid array) といいます。
ピンのピッチは一般的に 1/10 インチ (2.54mm) で、ピンを挿入するための穴を基板に開けなくてはなりません。 プリント基板の設計が困難になります。*1
BGA
BGA
 2000年3月に発売されて話題になった PlayStation 2 で使われている MPU、Emotion Engine です。
1350万個のトランジスタが集積された、540ピンの VLSI です。 パッケージは基板に貫通穴を開けない BGA (ball grid array) になっています。 BGA は、PGA のピンの代わりに小さい半田のボールをつけておいて、 これを基板に載せて加熱し、半田付けをします。
しかし、BGA では何百カ所もの半田がちゃんとできているかどうかを見ることも、 半田不良を簡単に修正することもできません。 高度な実装技術が要求されます。

コンピュータのカバーを外すと、このようにさまざまな形状の LSI, VLSI を見ることができます。 メモリの増設などでカバーを外す機会があれば、ぜひ IC の形にも注目して下さい。

こんなに小さいものを、どんな風にして組み立て、半田付けするのだろうか、と想像してみてください。
コンピュータの技術の世界が、少し身近になるかもしれません。

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*1 内側のピンから信号を取り出すためには、 ピン間の細い隙間を通って配線パターンを通さなくてはなりません。 当然、内側になればなるほど、ピン間をくぐり抜けて IC の外まで配線パターンを引き出すことが困難になります。 BGA でも事情は似ていますが、基板に貫通穴を開けなくてもいいので、PGA よりは楽です。
もちろん、このようなプリント基板の配線パターンの殆どは、コンピュータによって設計されます。

2000.03.20  ueyama@infonet.co.jp