半導体チップとは？ 仕組みと種類について解説します

半導体チップとは？

半導体チップとは、一般的にはパッケージングされた半導体集積回路（IC）の総称として用いられることが多い用語です。シリコンウェーハ上に組み込まれた回路の複雑さ集積度によって様々な大きさのものがあります。

なお、製造工程においてはペレット（Pellet）と呼ばれることもあります。

半導体チップの構造・仕組み

半導体集積回路（IC）としてパッケージされている電子部品には様々なものがありますが、代表的な電子部品としては抵抗・コンデンサ・トランジスタなどの機能を持った素子が含まれています。近年のICは最小10ナノメートルを下回るほどの微小なものが用いられているものもあり、サイズの小型化や高集積化が進んでいます。ICの高集積化が進むことでこれまで付与できなかった機能を加えることができるようになり、半導体チップの進化と共に電気製品の機能も飛躍的に向上しています。

半導体チップのおすすめ関連製品

ダイヤモンドホイール

半導体ウェーハの面取り加工用に長年にわたり面取りホイールを市場に供給してきた実績を活かして、半導体ウェーハ加工用の各種ホイールを提供しています。シリコン以外にもSiC、LT、LNなどの化合物半導体ウェーハ用にも最適な仕様を提案可能です。
半導体製造装置内では、コンタミの発生や耐薬品・耐プラズマ性から石英や各種セラミックスといった硬質脆性材料が部品として使用されます。こうした石英やアルミナセラミックス、SiCセラミックスなどの部材加工用に各種のダイヤモンド工具を提供します。

リフトオフ装置

ウエハーの状態に合わせ、 （剥離しにくい、傷つきやすい、割れやすいなど） 各工程及び仕様を選定し、装置をカスタマイズします。
リフトオフとは、露光後に金属膜を蒸着あるいはスパッタし、その後剥離液によってレジストを除去することで、パターニングした領域のみ金属膜を残す手法です。エッチングなどの工程を省けるため、コストや作業工数の削減につながります。

エッチング（洗浄）装置

バッチ式、枚葉式いずれにも対応し、 幅広いカスタマイズ設計が可能な装置です。
長年培った技術を活かし、コストダウンに配慮した仕様を提案可能です。また、バッチ式エッチング装置とスピンエッチング装置はダルトンのテストセンターにてエッチングテストが可能です。

EMS(電子機器製造受託サービス)

カトーレックのEMS（電子機器製造受託サービス）は、電子機器の設計から資材調達、プリント基板の実装、完成品組み立て、物流までトータルにサポートします。

オフィス・家電等の民生機器から産業・車載・医療・航空・宇宙機器等、幅広い分野で高品質な製造サービスを提供します。

LPKF ProtoLaserシリーズ

電子部品の開発は、長年にわたり驚くべきペースで進んでいます。集積回路はよりコンパクトになると同時に高周波化、シャープなエッジ、および最小スペースなどプリント基板には大きな要求が課されます。これに対して、標準のFR4材料よりも加工がはるかに難しい新しい基板材料が使用されています。LPKF Laser＆Electronicsは、微細加工に最も適したレーザーシステムの提供が可能です！

半導体電子部品向けインクジェット塗布装置

パターニングから部分・全面コーティングまでこれ１台で対応可能なインクジェット塗布装置です。
●本格的な実験・試作〜生産まで行えるインクジェット塗布装置
●レジストインク、銀インク、接着材料、封止材、SU-8など幅広いインク使用可能
●薄膜（0.05μm）から厚膜（50μm）までのコーティング可能
●インク使用効率は、最大９９％
●パターニングはもちろん、部分コート、ライン、ドット形成など自由自在
●CADデータから専用CAD変換ソフトウエアを使ってラクラク印刷パターン作図
●十数点の充実したオプション品から用途に応じた品を選べる実用的モデル

半導体材料ガス検知器　XPS-7II

半導体製造現場で使用される各種ガスを検知します。
ガスに合わせてセンサユニットが交換でき、１台で様々な半導体材料ガスを検知可能です。

メタルマスクオプション

用途や相性に応じて、選べるオプションが増えました。
増加する微細部品に対応した壁面処理
量産時の印刷性を安定させるコーティング処理
シルク等の凹凸影響を緩和させる特殊処理等
用途や相性に応じて、選べるオプションが増えました。

成膜レシピ制御型自動蒸着システム：ADS-E86

"レシピ制御型自動蒸着装置"は、高融点金属から半導体、酸化物まで、8inch基板に蒸着が可能な自動蒸着装置です。
大型の主排気ポンプを備え、高真空環境下での蒸着が可能で、リフトオフ蒸着に最適な基板冷却機能を備えています。
自社開発のレシピ制御ソフトを標準装備しており、基板セット後からは全自動操作され、繰り返し多層膜蒸着や、異種材料の多層膜蒸着までレシピ制御ができます。

フライングプローブテスタ

従来モデルよりプラットフォームが一新され、プローブ移動速度が最大50％アップしていることに加え、コンタクト位置精度が飛躍的に向上しました。
フレキシビリティに富んだ新しい高精度･広範囲測定システムや、画期的なフライングプローブ機構によって、基板品種・生産量を問わず、実装工程における検査コストの削減・品質向上に多大な効力を発揮します。

半導体チップの種類

半導体チップの種類として、機能別に「MPC」「マイクロコントローラ（マイコン）」「GPU」「DSP」「FPGA」「通信モデムIC」「アナログIC」「電源IC」「DRAM」「NAND型フラッシュメモリ」をご紹介します。

MPU

MCU（Micro-Processing Unit：マイクロプロセッサ）はコンピュータと同じ仕組みのICであり、ソフトウエアプログラムで演算や制御を行います。命令セットも演算命令と制御命令等を用います。

現在は64bitが主流となっており、絶えず使うメモリをキャッシュメモリとして、膨大な数の高速SRAMを集積しています。

マイクロコントローラ（マイコン）

MPU（マイクロプロセッサ）がソフトウェアでの機能を設けたり演算速度を上げたりする役割を担うのに対して、マイクロコントローラ（マイコン）は制御命令を得意としており、システム制御の役割を担っています。

マイクロプロセッサと比較して、構造が簡単のためコストが安く済みます。

GPU

GPUとはグラフィックス、つまり絵を描くためのプロセッサのことを指します。

絵を描く工程は、まずデッサンと同様三角形のポリゴンを繋ぎ合わせて輪郭を作り、レンダリングという色塗りを行います。色塗りは様々な色を混ぜ合わせて行われるため、掛け算を掛け算を足し合わせる「積和演算回路」を集積しています。

コンピュータ画面上で素早く色塗りするためには、1枚の絵を小さなブロックに分割し、各々を積和演算回路で色塗りし、加えてすべての積和演算回路を並列に同時に動作させます。この積和演算回路は人工知能で用いられるニュートラルネットワークの演算とよく似ていることから、AIと学習と推論にGPUが活用されているのです。

DSP

DSP（Digital Signal Processor）とは積和演算専用のマイクロプロセッサのこと指し、GPUの多数の小さな演算機とは異なり、大きな演算機を持っており数値解析に用いられます。

FPGA

FPGAは、ユーザーが自分専用によるロジック回路を自由に組むことができます。様々なロジックテーブルと、ロジック接続するスイッチ・メモリ等を集積しています。

通信モデムIC

携帯電話・SP （スマートフォン）に用いられる無線通信用のICを指します。無線通信では、デジタルデータを電波に乗せて発信・受信するためにデジタル変調をかけます。通信モデムICはこのデジタル変調を計算する際に使われるICチップです。

アナログIC

アナログICには、オペアンプ（増幅や線形回路を示す演算増幅器）・コンパレータ（比較器）・デジタルへ変換するA/Dコンバータ・その反対のD/Aコンバータ・アナログ信号を切り替えることが可能なアナログスイッチIC・抵抗やコンデンサを用いたタイマIC等があります。

電源IC

安定した5V・3.3V・1.2Vなどを作るための安定化電源ICです。MPUには1.2〜1.0V、CMOSロジックには5V、液晶ドライバには7Vなど、いろいろな電圧を使用するICが増えたことにより、それに伴って電源ICの用途も広がっています。

例えば、SP（スマートフォン）においては、4.1Vのリチウム電池をはじめ、その他10種類ほどの電源が必要だと言われています。

DRAM

DRAM（Dynamic Random Access Memory）は半導体メモリの一種。1トランジスタ／セル方式の集積度が高いメモリであり、断続的な書き込み・読み出しが来なわれるメモリとして用いられます。

例えば、PC内で文章を書く際はDRAMに貯めておくことで、いつでも書き直しができるようにしています。メモリの内容は数秒で消えてしまうため、百ミリ秒ほどごとにリフレッシュすることでメモリの内容を保っています。

NAND型フラッシュメモリ

NAND型フラッシュメモリは半導体メモリの一種。保存用のメモリのことであり、ストレージと呼ばれる不揮発性メモリを意味します。DRAMとは異なり、画像・映像・オーディオを貯めるために用いられます。ある程度メモリセルが集まったブロックごとに一括消去が行われるため、一瞬でブロックを全て消すことからフラッシュと呼称されるようになりました。

深刻化している半導体チップ不足

あらゆる電気製品に搭載されている半導体チップ。フォレスト・リサーチの副社長、グレン・オドレルが「プラグやバッテリーが付いているものであれば、おそらくたくさんのチップが使われているだろう」と述べるほど、私たちの生活には欠かせない材料となっています。しかし、今、半導体チップの不足は自動車メーカーに留まらず、あらゆる業界のメーカーに関連する問題として波及しています。

半導体チップの需要は今後もますます増加傾向にあると見られており、2023年まで供給不足の問題は続くと予想されています。

さいごに

今回は半導体チップについてご紹介しました。半導体チップの基本的な構造・仕組みについて、機能別の半導体の種類として「MPU」「GPU」「DSP」「FPGA」「通信モデムIC」「アナログIC」「電源IC」「DRAM」「NAND型フラッシュメモリ」について、そして深刻化している半導体チップ不足の問題についてご紹介しています。

evortでは半導体に関連するおすすめ製品を掲載していますので、ぜひ一度参考にしてみてください。