超音波ワイヤーボンディング解析
ワイヤーボンディングとは
ワイヤーボンディングとは、半導体チップの電極部と、リードフレーム及び基板上の導体などとの間を金、アルミニウムなどの細いワイヤで接続する方法です。
小さなチップ上の電極をつなぐ必要があるので、精度の高い接続技術が要求されます。
ワイヤーボンディングの方法は大きく２種類に分類できます。
- ＵＳ（Ultra Sonic、超音波）方式
ワイヤをツールで押しつけて数十ＫＨｚ程度の超音波（ultra sonic）振動でこすりつけ、接合する方法。 - 熱圧着方式
接合に必要な熱を直接加熱で与えて接合。
半導体組み立ての場合はほとんど超音波方式で接合しています。超音波方式は接合時間が短く、熱による変形が少ないという利点あります。
目的
ボンディングの際の条件は、環境や使用しているワイヤの種類、キャピラリ等によって異なるため、経験をもとに実験を繰り返して条件を決定しています。
しかし、実験では変形したり、割れたりする危険性があるため、シミュレーションで最適な条件を求めたい、という目的で解析を行いました。
解析モデル
下記のようにキャピラリ、ホーン等をモデル化し、中央断面の２次元モデルで解析を実行しました。キャピラリ中央部には金線をモデル化しており、ホーンの端部から100KHzで加振します。接触条件として、下記の３条件で解析を行いました。
- 金線とチップの接触がない場合
- 金線とチップが完全に結合している場合
- 金線とチップ間が10-6mm以下になったら接触する場合
ワイヤーボンディング解析モデル
ワイヤーボンディング解析モデル（２次元）解析条件
２次元モデル全要素数：約200万要素
メッシュサイズ：0.01mm
入力波形：周波数 100kHz、振幅 10mm
ホーン端部の強制変位波形解析結果
金線とチップの接触がない場合
金線とチップが完全に結合している場合
金線とチップ間が10-6mm以下になったら接触する場合
接触条件
