ワイヤボンダーとは|原理・仕組みと金線・アルミ線の違いをわかりやすく解説

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一言で言うと「ワイヤボンダーとは、完成した半導体チップの電極と、目に見える外側の端子を、髪の毛よりも細い金属の糸(ワイヤ)で縫うように繋いで電気を通す後工程の装置」です。金線を使うボールボンディングや、パワー半導体向けでアルミ線を使うウェッジボンディングなど、用途に応じた方式が存在します。後工程のパッケージング全体像は関連用語からあわせてご確認ください。

ワイヤボンダーは、半導体チップの電極パッド(ボンディングパッド)と、基板やリードフレームの端子を、細い金属ワイヤ(主に金線またはアルミ線)で電気的に接続する装置です。ワイヤボンディングは、半導体パッケージングにおいて最も広く使用されている電気接続技術の一つです。

ワイヤボンダーには、ボールボンディングとウェッジボンディングの2つの主要な方式があります。ボールボンディングは金線を使用し、熱・圧力・超音波を組み合わせてボンディングを行います。接続の信頼性が高く、高速実装が可能なため、最も一般的な方式です。ウェッジボンディングはアルミ線を使用し、主にパワー半導体や高周波デバイスで使用されます。

アルミ細線ボンダは、ウェッジボンディング方式を採用したワイヤボンダーの一種で、線径20〜500μmのアルミボンディングワイヤを超音波接合によりチップ電極とリードフレームに接合します。金線が使用できない大電流・高温環境に適し、パワー半導体・車載デバイス・高周波モジュールの量産ラインで広く採用されています。Kulicke & Soffa(K&S)、Orthodyne(米国)、カイジョー(日本)などが主要なメーカーとして知られています。

近年では、細線化(20μm以下の極細線)や高速ボンディング技術の進化により、生産性と信頼性が向上しています。しかし、先端パッケージングでは、フリップチップ技術やTSV(Through-Silicon Via)などの代替接続技術も台頭しており、用途に応じた最適な接続技術の選択が重要になっています。

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