ワイヤ・ボンディング

ワイヤ・ボンディングの概要

ワイヤ・ボンディング（Wire Bonding）とは、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの直径を持つ金属ワイヤを使って、トランジスタや集積回路の電極とプリント基板や半導体パッケージの電極を接続する技術です。この方法は、集積回路同士や他の電子部品との接続にも使用されます。また、プリント基板同士や集積回路内部の接続にも広く利用されています。ワイヤ・ボンディングは低コストで高い自由度を持つ接続手段として評価されており、多くの半導体パッケージと集積回路の接続がこの技術で行われています。

ワイヤ・ボンディングの分類

ワイヤ・ボンディング技術は主に次の2つの方法に分けられます。

ボールボンディング

ボールボンディングは、ワイヤの先端部に放電を加え金属を溶かし、ボール状の接続部分を形成します。その後、熱や超音波を利用して電極と接続します。この方法では、ボールの接合面積が大きくなるため、接続の信頼性が向上します。時には「ネイルヘッドボンディング」と呼ばれることもあります。

ウェッジボンディング

ウェッジボンディングでは、ボールを形成せずに金線を直接電極に接続します。この過程でも熱や超音波が利用されます。ボールボンディングに比べて接続のアプローチが異なるため、用途によって使い分けられます。

使用される材料

ボンディングに使われるワイヤは主に金、銅、アルミニウムの3つです。それぞれの特性に応じて選ばれます。

金

金を使用したボンディングワイヤは、通常99.99%以上の高純度金を用い、微量元素を添加します。ワイヤの直径は15マイクロメートルから数百マイクロメートルまでさまざまです。金線の場合、酸化しにくいため、ボールの形成は空気中で行われます。多くの場合、集積回路側でボールボンディングを、外部電極側でウェッジボンディングを使用します。

銅

銅のボンディングワイヤもまた高純度のものが多く、ワイヤ径によって方法が異なります。75マイクロメートル程度まではボールボンディングを使用し、それ以上の銅ワイヤはウェッジボンディングを用いますが、銅は酸化しやすい特性があるため、酸化を防ぐために不活性ガス環境での取り扱いが必要です。この特性は保存期間にも影響を及ぼします。さらに、硬度が高いため、接続先の集積回路に損傷を与える可能性があり、取り扱いには注意を要します。

アルミニウム

アルミニウムを使用したワイヤには、主に細線の合金ワイヤと太線の純アルミニウムワイヤがあります。アルミニウムは低コストで機械的強度があり、主にウェッジボンディングで接続されますが、酸化物によってボールボンディングは不可能です。このため、アルミニウムでのワイヤボンディングは同じ種類の金属同士を接合するため、接続の信頼性面での利点があります。

終わりに

ワイヤ・ボンディングは、電子機器における重要な接続技術の一つです。それぞれの材料や方法についての特性を理解することで、より効率的に電子部品を接続し、高い信頼性を確保することが可能になります。

もう一度検索