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ワイヤボンディング

知識ベース概要シート

ワイヤボンディングとは何ですか？

ワイヤボンディングとは、細い軟質金属ワイヤを、はんだやフラックスを使用せず、場合によっては150℃以上の熱を加えることなく、適合する金属表面に接合する方法です。軟質金属には、金（Au）、銅（Cu）、銀（Ag）、アルミニウム（Al）のほか、パラジウム銀（PdAg）などの合金が含まれます。

マイクロエレクトロニクス組立用途におけるワイヤボンディング技術とプロセスの理解。
ウェッジボンディング技術／プロセス：リボン、サーモソニックボール、超音波ウェッジボンディング
ワイヤボンディングは、集積回路（IC）または同様の半導体デバイスと、そのパッケージまたはリードフレームとの製造時に相互接続を行う方法です。また、リチウムイオン電池パックアセンブリの電気接続を提供するためにも現在では一般的に使用されています。ワイヤボンディングは、利用可能なマイクロエレクトロニクス相互接続技術の中で最もコスト効率が高く柔軟性があると考えられており、今日製造されている半導体パッケージの大部分で使用されています。ワイヤボンディング技術には、熱圧縮ワイヤボンディングなど、いくつかの種類があります。
熱圧着ワイヤボンディング（クランプ力で接合可能な表面（通常は金）を接合し、界面温度を通常300℃以上にして溶接する）は、1950年代にマイクロエレクトロニクス相互接続用に開発されましたが、60年代には超音波ボンディングと熱超音波ボンディングが主流の相互接続技術として急速に取って代わりました。熱圧着ボンディングは今日でもニッチな用途で使用されていますが、接合を成功させるために必要な界面温度が高すぎる（多くの場合、損傷を与える）ため、一般的にはメーカーによって避けられています。超音波ウェッジワイヤボンディング：
1960年代には、超音波ウェッジワイヤボンディングが主要な相互接続方法となりました。共振トランスデューサを介して高周波振動をボンディングツールに加え、同時にクランプ力を加えることで、アルミニウム線と金線を室温で溶接することが可能になりました。この超音波振動は、ボンディングサイクルの開始時にボンディング面から汚染物質（酸化物、不純物など）を除去するのに役立ち、金属間化合物の成長を促進してボンディングをさらに強化します。ボンディングの一般的な周波数は 60 ～ 120 KHz です。超音波ウェッジ技術には、次の 2 つの主要なプロセス技術があります。100µm を超える直径のワイヤ用の太い（重い）ワイヤボンディング、75µm 未満の直径のワイヤ用の細い（小さい）ワイヤボンディング。一般的な超音波ボンディングサイクルの例は、細いワイヤの場合はここ、太いワイヤの場合はここを参照してください。超音波ウェッジワイヤボンディングでは、プロセス要件とワイヤの直径に応じて、通常は炭化タングステン（アルミニウムワイヤ用）または炭化チタン（金ワイヤ用）で構成された特定のボンディングツールまたは「ウェッジ」を使用します。特定の用途向けのセラミックチップ付きウェッジも利用可能です。サーモソニックワイヤボンディング:
補助加熱が必要な場合（通常は金線で、接合界面温度は100～250℃の範囲）、このプロセスはサーモソニックワイヤボンディングと呼ばれます。これは、従来の熱圧縮システムに比べて、はるかに低い界面温度で済むため、大きな利点があります（室温でのAuボンディングについては既に述べましたが、実際には追加の加熱なしでは信頼性が低いです）。サーモソニックボールボンディング：
サーモソニックワイヤボンディングのもう1つの形式はボールボンディングです（ボールボンディングサイクルについてはこちらをご覧ください）。この手法では、従来のウェッジ設計ではなくセラミックキャピラリーボンディングツールを使用して、熱圧縮ボンディングと超音波ボンディングの両方の長所を短所なしに組み合わせます。サーモソニック振動により界面温度が低く保たれ、最初の相互接続である熱圧縮ボールボンドにより、ワイヤと二次ボンドを最初のボンドと一直線にならない任意の方向に配置できます。これは超音波ワイヤボンディングの制約です。自動化された大量生産では、ボールボンダーは超音波/サーモソニック（ウェッジ）ボンダーよりもはるかに高速であるため、サーモソニックボールボンディングは過去50年以上にわたりマイクロエレクトロニクスにおける主要な相互接続技術となっています。リボンボンディング：
平らな金属テープを使用するリボンボンディングは、数十年にわたりRFおよびマイクロ波エレクトロニクスで主流となっています（リボンは、従来の丸線に比べて信号損失（表皮効果）を大幅に改善します）。通常、幅75µm以下、厚さ25µm以下の小型金リボンは、大型の平らな面を持つウェッジボンディングツールを使用したサーモソニックプロセスでボンディングされます。ループ長を短く、高密度な相互接続に対する要求が高まっているため、幅2,000µm以下、厚さ250µm以下のアルミニウムリボンも超音波ウェッジプロセスでボンディングできます。

金メッキ線とは何ですか？

金ワイヤボンディングとは、金ワイヤをアセンブリ内の2点に接続して相互接続または電気伝導経路を形成するプロセスです。金ワイヤの接続点を形成するために、熱、超音波、および力が用いられます。接続点の形成プロセスは、ワイヤボンディングツールの先端にあるキャピラリーに金の球を形成することから始まります。この球は、加熱されたアセンブリ表面に押し付けられ、ツールによって用途に応じた力と60kHz～152kHzの周波数の超音波振動が加えられます。最初のボンディングが完了すると、ワイヤはアセンブリの形状に適したループ形状を形成するように厳密に制御された方法で操作されます。次に、ワイヤを押し下げ、クランプを使用してボンディング部分でワイヤを切断することにより、もう一方の表面に2番目のボンディング（ステッチと呼ばれることが多い）が形成されます。

金線ボンディングは、パッケージ内部の接続方法として、高い導電性を持ち、一部のはんだよりもほぼ1桁高い導電性を実現します。さらに、金線は他のワイヤ材料に比べて酸化耐性が高く、ほとんどのワイヤ材料よりも柔らかいため、繊細な表面への接続に最適です。
プロセスは、アセンブリのニーズに応じて変化することもあります。デリケートな材料の場合、2番目のボンディング領域に金のボールを配置することで、より強力なボンディングと、部品表面の損傷を防ぐための「ソフト」なボンディングの両方を実現できます。狭いスペースでは、1つのボールを2つのボンディングの開始点として使用し、「V」字型のボンディングを形成できます。ワイヤボンディングの堅牢性をさらに高める必要がある場合は、ステッチの上にボールを配置してセキュリティボンディングを形成し、ワイヤの安定性と強度を高めることができます。ワイヤボンディングの用途とバリエーションはほぼ無限であり、パロマー社のワイヤボンディングシステムに搭載された自動化ソフトウェアを使用することで実現できます。