チップはどうやって出荷される？テーピング、防湿梱包と湿度感度レベル

チップの出荷は、たいていこうです。テストを終えたチップを、プラスチックのテープの小さなくぼみに1個ずつ入れ、リールに巻きます。これがテーピングです。湿気に弱いものは先に乾燥させ、乾燥剤の小袋と湿度インジケーターカード（湿度カード）といっしょに防湿袋へ封をします。これが防湿梱包です。ラベルを貼って箱に詰め、お客さんの組立工場へ送ると、そこで機械が1個ずつ基板にはんだ付けします。

なぜ袋に入れて送るだけではだめなのか

ひとつは、基板の部品を置くのは機械だからです。機械は毎回、同じ位置で、同じ向きのチップをつかむ必要があります。もうひとつは、チップを包む黒いプラスチックが、袋から出したままのクラッカーのように少しずつ湿気を吸うからです。基板にはんだ付けするときは200℃を超える温度まで熱するので、吸った水が問題を起こします。だから出荷では「向き」と「乾燥」の両方を守ります。チップがどう包まれるかは「パッケージングとは？」、この作業がよく行われる場所については「OSATとは？」へ。

チップの出荷は、どんな順番で進むのか

ステップ1：テストに合格したものだけを出す

• 何をする：パッケージに入ったチップは、まずファイナルテストを通り、良品だけが先へ進みます（「チップはどうテストする？」へ）。
• なぜ：テープに入れて袋に封をしたら、もう1個ずつ選び直せないからです。
• しないとどうなる：不良品が基板にはんだ付けされてから見つかり、外して交換するのは大変です。

ステップ2：1個ずつテーピングする（またはスティック、トレイ）

• 何をする：プラスチックのテープ（キャリアテープ）に小さなくぼみが一列に並び、1つに1個、どれも同じ向きで入れます。上から薄いフィルムで封をして、リールに巻きます。1リールには数百〜数千個入ることがよくあります。細長いプラスチックの管（スティック）に一列に入れるチップもあり、大きめのものは、マス目のあるトレイに並べることもあります。
• なぜ：お客さんの機械は、テープの端に並んだ小さな穴を使って1マスずつ送り、フィルムをはがしてチップを吸い上げ、基板に置きます。向きがそろっているから、機械は「1番ピン」（ピン番号の起点）がどちら側にあるかがわかります。
• しないとどうなる：向きが逆でも機械はそのまま載せてしまい、基板が動かなかったり、焼けたりすることもあります。

ステップ3：湿気にどれだけ弱いかを確かめる

• 何をする：基板の表面に載せるプラスチックのパッケージには、種類ごとに湿度感度レベルがあります。英語の略でMSLです。これは開発のときに決めておくもので、サンプルを決まった温度と湿度で吸湿させ、はんだ付けと同じ温度で何回か炉に通し、割れやはがれがないか、電気的に正常かを調べます（ほかの試験は「信頼性試験とは？」へ）。
• なぜ：大きさや厚さ、材料が違えば、湿気への弱さも違います。レベルによって、防湿梱包が要るか、開封後どれだけ置けるかが決まります。
• しないとどうなる：お客さんは推測するしかなく、外れればはんだ付けのときに割れるかもしれません。

ステップ4：弱いものは乾燥させ、防湿袋に封をする

• 何をする：湿気にいちばん強いレベルは、そのまま出荷できます。それ以外は、たいてい先に乾燥させて、すでに吸った水分を追い出します。それからリールを湿気を通さない袋に入れ、乾燥剤の小袋と湿度カードを1枚入れます。空気を少し抜くこともあり、袋の口は熱で封じます。
• なぜ：乾燥剤が袋の中に残った湿気を吸い取ります。クラッカーの袋に入っている、あの小袋と同じです。湿度カードには小さな丸がいくつかあり、それぞれがある湿度を表していて、中がその湿度を超えると色が変わります。よくあるのは青からピンクです。開けた人は、まだ乾いているかがひと目でわかります。
• しないとどうなる：運ぶ途中や倉庫で毎日少しずつ水を吸い、お客さんに届くころには湿っています。

ステップ5：ラベルを貼る

• 何をする：リール、袋、箱のそれぞれにラベルを貼ります。品番（どのチップか）、数量、ロット番号、日付。湿気に弱いものは、袋の外に警告ラベルも貼ります。レベル、封をした日付、開封後いつまでにはんだ付けを終えるか、はんだ付けで何度まで耐えられるか、時間を過ぎたらどうベーキングするか。
• なぜ：お客さんはラベルを見て、あとどれだけ置けるかを知ります。問題が起きたときも、ロット番号でどのロットかをたどります。
• しないとどうなる：1欄でも抜けていると困ります。たとえば封をした日付がなければ、お客さんはこの袋があとどれだけもつかを計算できません。

ステップ6：箱に詰めて、お客さんの組立工場へ送る

• 何をする：袋を箱に詰めてトラックに載せます。お客さんはまずラベルと湿度カードを見てから、リールを機械にセットします（はんだ付けのしかたは「チップはどうやって基板にはんだ付けされる？」へ）。
• なぜ：箱がぶつかったときの衝撃を防ぎ、数も数えやすくなります。
• しないとどうなる：箱がつぶれたり袋が破れたりすれば、それまでの防湿がむだになります。

プラスチックのパッケージは、なぜ湿気に弱いのか

チップを包むプラスチックは、たいていエポキシ樹脂という材料です。長く置くほど、空気が湿っているほど、多くの水を吸います。

問題ははんだ付けのときに起こります。基板とチップはリフロー炉に入り、はんだが溶けるまで、200℃を超える温度に熱せられます。パッケージの中の水は一気に水蒸気になって体積が大きく増え、内側から強い圧力をかけます。軽ければ、プラスチックが中のチップや基板から押しはがされて、くっつかなくなります。これが層間剥離です。ひどければ、パッケージ全体が割れます。ポップコーンとよく似ています。トウモロコシの粒の中の水が熱で水蒸気になり、殻をはじけさせる。だからポップコーン現象と呼ばれます。

はがれたところで中のワイヤや接点が引き離されれば、その場で動かなくなります。そのときは動いても、あとで湿気がすき間から入り込んで壊れることもあります。鉛フリーはんだははんだ付けの温度が高いので、なおさら注意が必要です。

開封後に時間の制限があるのはなぜか

袋を開けたとたん、チップはまた水を吸いはじめます。そこでレベルごとに時間が決められています。開封してから、ふつうの工場の空気の中にどれだけ置いたら、はんだ付けを終えなければならないか。これをフロアライフといいます。

湿度感度レベル	開封後に置けるおよその時間
レベル1（いちばん強い）	制限なし。防湿梱包も不要
レベル2	1年、または数週間
レベル3	約1週間
レベル4・5	約1〜3日
レベル6（いちばん弱い）	使うたびに先にベーキング

この時間は、業界の公開された規格が、ふつうの工場の温度と湿度を前提に決めたものです。もっと暑く湿った場所では短くなります。あいだにある「半分のレベル」は、ここではまとめて書いています。

時間を過ぎたとき、または開封したときに湿度カードの色がもう変わっていたときは、先にベーキング（加熱乾燥）します。沸騰したお湯より少し熱い温度で数時間、厚いパッケージなら1〜2日かけて焼き、それから時間を数え直します。テープのプラスチックはそこまでの熱に耐えられないので、耐熱のトレイに移してから焼くか、ずっと低い温度で何日も、ときには何週間もかけて焼くこともあります。使い残したものは、とても乾いた保管庫に戻すか、新しい乾燥剤を入れて袋を封じ直します。

問題が起きたら、どのロットかをどうたどるのか

リールのロット番号は、後工程工場の中のそのロットにつながります。後工程工場の記録は、さらにウェーハ工場のウェーハのロットにつながり、ウェーハ工場のMESには、そのロットが通ったすべての工程が記録されています（「MESとは？」へ）。だから基板の上の1個に問題が出たら、さかのぼって調べられます。同じロットのリールがほかにいくつあり、どこへ送られたか。先にそれを止めてから、原因を調べます。

fab24hrでは

「出勤」を押して「工場の一日」を選び、「今日のあなたは」のカードで「後工程工場」を押し、左右にスワイプして顧客窓口にします。4つのシフトのうち3つで、この記事の話に出会います。

• 夜シフトは、メインストーリー「チップの一生」の第12章「出荷前夜」です。出荷前チェックリストの最後の項目が防湿梱包で、出荷エリアで袋のラベルを1つずつ確かめていくと（先に見本のラベルを拾っていればあなたが、拾っていなければ品質保証のメイホアが）、1リールだけ、封をした日付の欄が空いています。
• 朝シフトでは、基板にはんだ付けしたら通電しても動かないというサンプルが、お客さんから戻ってきます。信頼性試験室のファンと調べると、ポップコーン現象でした。外側に細いひび、超音波スキャンで層間剥離、サンプルの袋は開封から3週間たってから基板に載せられ、炉に通す前に乾燥されていませんでした。
• 深夜シフトでは、お客さんのラインから夜中に電話が来ます。テープの中のチップの向きが、向こうの機械の設定と合わないようだというのです。

ゲームの後工程工場、チップ「Glowmere」、お客さん、人物、数字はすべて架空です。テーピング、防湿梱包、湿度感度レベルとは何か、なぜそうするのかは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。顧客窓口の仕事は「後工程工場の顧客窓口は何をしている？」へ。ほかの用語は「半導体工場の業界用語を、やさしく解説」へ。