高周波PCB技術 - Wire　Bondingとは

ワイヤボンディング技術は、金、アルミニウム、銅、銀などの金属ワイヤを用いてチップと基板との間に電気的接続を確立するマイクロ電子パッケージに広く応用されている接続方法である。この技術は熱、圧力または超音波エネルギーを利用して金属リードと基板パッドの緊密な結合を実現し、チップと外部回路の電気的な相互接続を確保する。

図１　ワイヤボンディング　 

集積回路パッケージの分野では、リードボンディングはそのコスト効果と信頼性によって主導的な地位を占めている。フリップチップ溶接技術は性能が向上しているが、その高いコストはハイエンド製品以外の応用を制限している。ワイヤボンディング技術は、チップの接点をワイヤフレームのインナーピンに微細なワイヤで接続し、信号の伝送を実現する。

ワイヤボンディング過程において、ワイヤの溶接品質はデバイスの信頼性と安定性にとって極めて重要である。理想的なリード材料は低抵抗接触、化学安定性、強い接合力、良好な可塑性と小さい弾性などの特徴を備えなければならない。金線はその安定性と伝導効率によって広く使用されており、コストが高いにもかかわらず、近年、銅線と銀線はそのコスト効果と性能の優位性によって次第に注目されている。リード 基板

ワイヤボンディングの方式は主に熱圧着、超音波溶接、熱音波溶接を含む。熱プレス溶接は温度と圧力を加えることによって結合を実現し、超音波溶接は超音波エネルギーを利用して酸化層を除去して結合を実現し、熱音響溶接は熱プレスと超音波溶接の特徴を結合し、比較的低い温度と圧力によってより高品質の結合を実現する。

図2　ワイヤボンディング　 

ワイヤボンディングでは、マイクロチューブ（毛細管）が重要な構造であり、ワイヤとチップまたはパッドとの接触とボンディング効果に影響を与える。マイクロチューブの表面特性は溶接過程に顕著な影響を与え、GM型表面粗さは超音波エネルギーの伝達に有利であり、P型表面が滑らかであると汚染物が付着しにくい。

リードボンディング技術はマイクロエレクトロニクスパッケージにおいて重要な役割を果たしており、その材料選択、溶接方式、プロセス制御はデバイスの性能と信頼性を確保する上で重要である。技術の発展に伴い、変化する市場ニーズと性能要件を満たすために、新しい材料と溶接方法が次々と登場している。