ワイヤボンディングツールボンディングウェッジ

この記事では、マイクロアセンブリワイヤボンディングによく使用されるボンディングウェッジの構造、材料、および選択のアイデアを紹介します。スプリッターは、スチールノズルや垂直ニードルとも呼ばれ、半導体パッケージングプロセスにおけるワイヤボンディングの重要なコンポーネントであり、一般的にはクリーニング、デバイスチップの焼結、ワイヤボンディング、シーリングキャップなどのプロセスが含まれます。ワイヤボンディングは、チップと基板間の電気的相互接続と情報相互通信を実現する技術です。スプリッターはワイヤボンディングマシンに取り付けられています。外部エネルギー（超音波、圧力、熱）の作用により、金属の塑性変形と原子の固相拡散により、ワイヤ（金線、金ストリップ、アルミニウム線、アルミニウムストリップ、銅線、銅ストリップ）とボンディングパッドが形成されます。図1に示すように、チップと回路間の相互接続を実現します。

1. 接合ウェッジ構造

分割ツールの本体は通常円筒形で、カッターヘッドの形状はくさび形です。カッターの背面にはボンディングリードを貫通する穴があり、穴の開口部は使用するリードの線径に関係しています。カッターヘッドの端面は、使用のニーズに応じてさまざまな構造になっており、カッターヘッドの端面によってはんだ接合部のサイズと形状が決まります。使用中、リード線はスプリッターの開口部を通過し、リード線とボンディングエリアの水平面との間に30°〜60°の角度を形成します。スプリッターがボンディングエリアに落ちると、スプリッターはボンディングエリアのリード線を押して、シャベルまたは馬蹄形のはんだ接合部を形成します。いくつかのボンディングウェッジを図2に示します。

2. 接着ウェッジ材

ボンディングの作業プロセス中、ボンディングウェッジを通過するボンディングワイヤは、切断ヘッドとはんだパッド金属の間に圧力と摩擦を発生させます。そのため、切断機の製造には通常、高硬度で靭性の高い材料が使用されます。切断と接合方法の要件を組み合わせると、切断材料は高密度、高曲げ強度を持ち、滑らかな表面を処理できることが求められます。一般的な切断材料には、タングステンカーバイド（硬質合金）、チタンカーバイド、セラミックなどがあります。

炭化タングステンは損傷に対する耐性が強く、初期の切削工具の製造に広く使用されていました。しかし、炭化タングステンの機械加工は比較的難しく、緻密で気孔のない加工面を得るのは容易ではありません。炭化タングステンは熱伝導率が高いため、接合プロセス中にはんだパッドの熱が刃先によって奪われるのを防ぐために、接合プロセス中に炭化タングステンの刃先を加熱する必要があります。

チタンカーバイドの材料密度はタングステンカーバイドよりも低く、柔軟性に優れています。同じ超音波トランスデューサーと同じブレード構造を使用した場合、チタンカーバイドブレードに伝達された超音波によって生成されるブレードの振幅は、タングステンカーバイドブレードの振幅よりも20％大きくなります。

近年、セラミックは、滑らかさ、密度、気孔の無さ、化学的性質の安定性などの優れた特性により、切削工具の製造に広く使用されています。セラミック製の切断刃の端面および穴の加工性は、炭化タングステン製の切断刃よりも優れています。また、セラミック製の切断刃の熱伝導率が低く、切断刃自体を加熱せずに放置することができます。

3. ボンディングウェッジの選択

この選択によって、リード線の接合品質が決まります。接合パッドのサイズ、接合パッドの間隔、溶接の深さ、リードの直径と硬度、溶接速度と精度などの要素を総合的に考慮する必要があります。ウェッジ スプリットの直径は通常 1/16 インチ (1.58 mm) で、ソリッド スプリットとホロー スプリットに分かれています。ほとんどのウェッジ スプリットは、30°、45°、または 60° の送り角度でワイヤーをカッター底部に送り込みます。中空スプリッターは深いキャビティ製品に選択され、ワイヤーは図 3 に示すように、中空ウェッジ スプリッターを垂直に通過します。ソリッド クリーバーは、接合速度が速く、はんだ接合部の一貫性が高いため、大量生産によく選択されます。中空スプリットは、深いキャビティ製品を接合できるという理由で選択され、ソリッド スプリットとの接合の違いを図 3 に示します。

図3からわかるように、深い空洞や側壁を接合する場合、中実スプリットナイフのワイヤは側壁に接触しやすく、隠れた接合が発生します。中空スプリットナイフはこの問題を回避できます。ただし、中実スプリットナイフと比較して、中空スプリットナイフには、接合率が低い、はんだ接合部の一貫性を制御するのが難しい、テールワイヤの一貫性を制御するのが難しいなどの欠点もあります。

ボンディングウェッジの先端構造を図 4 に示します。

穴径（H）：開口部は、ボンディングラインがカッターをスムーズに通過できるかどうかを決定します。内側の開口部が大きすぎると、ボンディングポイントがオフセットまたはループオフセットになり、はんだ接合部の変形が異常になります。内側の開口部が小さすぎると、ボンディングラインとスプリッターの内壁が摩擦して摩耗し、ボンディング品質が低下します。ボンディングワイヤにはワイヤ送り角度があるため、ワイヤ送りプロセス中に摩擦や抵抗が発生しないように、ボンディングワイヤの穴とスプリットナイフの間の隙間は通常10μmより大きくなければなりません。

フロント半径 (FR)：FR は基本的に第 1 ボンドには影響しません。主に第 2 ボンド遷移のための LOOP プロセスを提供し、ラインアークの形成を容易にします。FR の選択が小さすぎると、第 2 溶接ルートの亀裂や割れが増加します。通常、FR のサイズ選択はワイヤ径と同じか、わずかに大きいです。金ワイヤの場合、FR はワイヤ径より小さく選択できます。

バック ラディウス (BR)：BR は主に LOOP プロセス中に最初のボンドを遷移させるために使用され、最初のボンド ラインのアーク形成を容易にします。次に、ワイヤーの断線を容易にします。BR を選択すると、ワイヤー断線プロセス中にテール ワイヤの形成の一貫性を維持するのに役立ちます。これはテール ワイヤの制御に役立ち、長いテール ワイヤによって引き起こされる短絡や、短いテール ワイヤによって引き起こされるはんだ接合部の変形不良を回避します。一般的に、金ワイヤでは、ワイヤをきれいに切断するために、より小さな BR を使用します。BR を小さすぎる値に選択すると、はんだ接合部の根元で亀裂や破損が発生しやすくなります。選択しすぎると、溶接プロセスでワイヤーが不完全に破損する可能性があります。一般的な BR のサイズ選択は、ワイヤ径と同じです。金ワイヤの場合、BR はワイヤ径よりも小さい値を選択できます。

ボンドフラット（BF）：BFの選択は、ワイヤ径とパッドサイズによって異なります。GJB548Cによると、ウェッジ溶接の長さはワイヤ径の1.5〜6倍である必要があります。キーが短すぎると、接合強度に影響を与えやすく、接合が安全でない可能性があります。したがって、通常はワイヤ径の1.5倍大きくする必要があり、長さはパッドサイズを超えてはならず、ワイヤ径の6倍を超えてはなりません。

接合長さ（BL）：BLは、図4に示すように、主にFR、BF、BRで構成されています。したがって、パッドサイズが小さすぎる場合は、パッドのはんだ接合部を超えないように、分割ナイフのFR、BF、BRのサイズがパッドサイズ内にあるかどうかに注意する必要があります。一般的に、BL = BF + 1 / 3 FR + 1 / 3 BRです。

4.まとめる

ボンディングウェッジ は、マイクロアセンブリリードボンディングの重要なツールです。民生分野では、リードボンディングは主にチップ、メモリ、フラッシュメモリ、センサー、民生用電子機器、自動車用電子機器、パワーデバイスなどの業界で使用されています。軍事分野では、リードボンディングは主にRFチップ、フィルター、ミサイルシーカー、武器と装備、電子情報対抗システム、宇宙搭載フェーズドアレイレーダーT / Rコンポーネント、軍事用電子機器、航空宇宙、航空、通信業界で使用されています。この論文では、一般的なボンディングウェッジの材料、構造、および選択のアイデアを紹介し、ユーザーが最適なウェッジ分割を選択して、優れた溶接品質を実現し、コストを削減するのに役立ちます。