ワイヤボンディング

ワイヤボンディングの主な目的は、半導体チップとそのパッケージの間、またはマルチチップモジュール内の異なるチップ間に、確実で低抵抗な電気的接続を確立することです。このプロセスでは、通常は金、アルミニウム、または銅でできた細線を使用し、チップ上のボンドパッドからパッケージ基板上の対応するパッド、または別のチップへ接続します。

ワイヤボンディングは、基板とチップ間で電力と信号を伝送します。 これは、チップの接触面(パッド)とチップキャリアまたは基板との間に、極細ワイヤのマイクロ溶接によって電気的接続を形成する基本技術です。 一般に、最もコスト効率が高く柔軟性のある相互接続技術と見なされており、ほとんどの半導体パッケージの組み立てに使用されています。

Altium Designer は、Wire Bonding を使用した chip-on-board(CoB)技術によるハイブリッド基板の設計をサポートしています。この機能により、定義済みの Die Pads  を持つコンポーネントを作成でき、回路図に配置して PCB に同期(ECO 経由)すると、Bond Wires を使用してメイン基板上の通常のパッド(または任意の銅箔)に配線できます。通常のパッドに接続されると、そのパッドは Bond Finger パッドとしての性質を持つようになります。

Wire Bonding 機能は、PCB.Wirebonding オプションが Advanced Settings dialog で有効になっている場合に使用できます。

Chip-on-Board コンポーネントフットプリントの作成

コンポーネントフットプリントの一部として、ダイパッド、ボンドフィンガーパッド、およびボンドワイヤを定義した、完全でシンプルなパッケージを定義できます。

設計意図で必要な場合、フットプリントにはダイパッドのみを含めることもできます。つまり、ボンドフィンガーパッドとボンドワイヤをフットプリントに含めないことも可能です。フットプリントを PCB に配置した後、コンポーネントは PCB 上の他のダイ、パッド、または銅領域に直接ワイヤボンド接続できます。

ダイパッドとダイ 3D ボディは、専用の Die コンポーネントレイヤーペアのレイヤー上に配置されます。この種のコンポーネントレイヤーペアは、View Configurations パネルを使用して追加できます。

コンポーネントレイヤーペアの追加 の詳細をご覧ください。

ダイパッドは、汎用 3D ボディ(STEP、SOLIDWORKS Part、Parasolid モデル形式)または押し出し 3D ボディ上の Die レイヤー(Die Body と呼ばれます)に配置されます。

  • 押し出し 3D ボディ上に配置された場合、ダイパッドは自動的にダイボディの Overall Height に配置され、高さによってそのボディに関連付けられます。

  • 汎用 3D ボディ上に配置された場合、ダイパッドはパッド中心の下にあるボディ高さ位置に自動的に配置されます。

ダイパッドは、Die タイプのレイヤー上に配置されるパッドオブジェクトです。

全高 10 mil の押し出し 3D ボディも Die タイプのレイヤー上に配置され、ここではダイとして機能します。ダイパッドはこの 3D ボディ上に配置されます。

3D では、ダイパッドはそれらのパッドが配置された 3D ボディの高さでレンダリングされます。

汎用 3D ボディもダイボディとして使用できます。この例では、Parasolid 形式のモデルを使用しています。

 
  • ダイパッドをダイボディにリンクすると、同じ場所に複数の 3D ボディがある場合でも(たとえば PCB がエンクロージャで覆われている場合)、ダイパッドが正しい 3D ボディの表面上に維持されます。

  • ダイパッドまたはダイボディに対する幾何学的な変更(位置、サイズなど)はすべてリンクに反映され、ダイパッドの高さはリンク先のダイボディと同期された状態に保たれます。

  • ダイパッドの下に複数のダイボディが重なっている場合、ダイパッドはダイパッドと同じコンポーネントに属するダイボディにリンクされます。複数のダイボディが同一コンポーネント内にある場合 (またはダイパッドが複数の独立したダイボディと重なる場合)、ダイパッドは最も高いダイボディにリンクされます。

  • Altium Designer 25.1 以前のバージョンで、Die レイヤー以外のレイヤー上の 3D ボディにダイパッドがリンクされていた場合、後のバージョンでドキュメントを開くとこの関連付けはサポートされないことに注意してください。ダイパッドを 3D ボディにリンクするには、その 3D ボディに対して正しい Die レイヤーを選択する必要があります。

  • 汎用 3D ボディ上にダイパッドを配置する機能は Open Beta 段階であり、PCB.Wirebonding.3DImprovements オプションが Advanced Settings dialog で有効になっている場合に使用できます。

銅箔レイヤー上(例:Top Layer)に通常のパッドオブジェクトを配置します。これらにボンドワイヤを接続すると、これらのパッドはボンドフィンガーパッドとして扱われます。

この例では、ダイの周囲の Top Layer に配置されたパッドがボンドフィンガーパッドとして機能します。
この例では、ダイの周囲の Top Layer に配置されたパッドがボンドフィンガーパッドとして機能します。

  • コンポーネントフットプリントに対する duplicate pad designators violations を回避するため、ボンドフィンガーパッドに割り当てるデジグネータは、ダイパッドに割り当てるデジグネータと異なる必要があります。たとえば、ダイパッドのデジグネータが 123 などである場合、対応するボンドフィンガーパッドには 1BF2BF3BF などを指定します。

  • ワイヤボンディングを備えたフットプリントを持つコンポーネントを作成する場合は、コンポーネントの回路図シンボルの対応するピンを、PCB フットプリントのダイパッドとボンドフィンガーパッドの両方にマッピングすることを推奨します()。ピンマッピングの詳細については、 Single Component Editing ページを参照してください。

ボンドワイヤは、専用の Wire Bonding コンポーネントレイヤーペアのレイヤー上に配置され、このレイヤーペアも View Configurations パネルを使用して追加できます。

ボンドワイヤを配置するには、Place » Bond Wire コマンドまたは Active Bar 上の  アイコンを使用します。コマンドを選択した後、ボンドワイヤで接続したい 2 点(たとえばダイパッドの中心点とフィンガーパッドの中心点)を順にクリックします。2D では、ボンドワイヤの XY 平面への投影である直線が表示されます。3D では、ボンドワイヤは始点と終点の位置、およびその他のプロパティに基づいてレンダリングされます。

2D では、配置したボンドワイヤは直線として表示されます。ここでは、ダイパッドとフィンガーパッドを接続するボンドワイヤが表示されています。

同じボンドワイヤを 3D で表示したものです。

 

Properties パネルの Profile 領域の各フィールドを使用して、ボンドワイヤの Loop HeightDiameter、始点の Angle (α)、終点の Angle (β)、およびボンドワイヤ始点の形状(Ball - Wedge または Wedge - Wedge)を定義する Type の希望値を指定します。

 
  • 選択したボンドワイヤに対する Properties パネルの Properties 領域では、2D におけるワイヤ長(つまり 2D でワイヤを表すトラックの長さ)と、3D における長さの読み取り専用値を確認できます。

  • また、ボンドワイヤに対して Override Color を有効にして指定することもできます。これにより、ワイヤボンディング組立図を生成する際に、ワイヤボンディング装置の異なるサイクルに関連する異なるボンドワイヤの「層」を区別しやすくなります(詳細はこちら)。

  • Angle (α) が 90 に設定されている場合、Angle (β) の値は自動的に定義され、変更できないことに注意してください。

ボンドワイヤに対して Angle (α)Angle (β)、および Override Color を定義する機能は Open Beta 段階であり、PCB.Wirebonding.3DImprovements オプションが Advanced Settings dialog で有効になっている場合に使用できます。

接続されたボンドワイヤに対して、ボンドフィンガーパッドの長辺がボンドワイヤと平行になるように向きを調整する必要がある場合は、ボンドワイヤとそれに接続されたボンドフィンガーパッドを選択し、選択項目を右クリックして、右クリックメニューから Pad Actions » Align Bond Finger with Bond Wire コマンドを選択します。

 

ワイヤボンディングを備えた完全なフットプリントの例を以下に示します。

PCB でのワイヤボンドの配置

Chip-on-Board アプローチを使用する場合、チップのダイパッドをメイン基板上の任意の銅箔に接続するために、ボンドワイヤを手動で配置することもできます(前述の方法 と同様)。ボンドワイヤは接続元のダイパッドのネットを継承します。1 つのダイパッドから複数のボンドワイヤを引き出すことができ、逆に複数のボンドワイヤをメイン基板上の同じ銅箔上で終端させることもできます。

ワイヤボンディングを備えた PCB の例を以下に示します。

  • ボンドワイヤとダイパッドは、面付けされたPCBドキュメントを3Dで表示している場合にも表示されます()。 また、面付けされたPCBドキュメントからWire Bonding Table Reportを生成することもサポートされています。

  • コンポーネントのフットプリントの一部として定義されたボンドワイヤは、MCAD CoDesigner機能を使用する際にMCADツールへ転送することもできます。なお、PCB上で手動追加したボンドワイヤは転送されません。

    この機能はOpen Betaです。PCB.Wirebonding.3DImprovementsオプションをAdvanced Settings dialogで有効にすると利用できます。

ボンドワイヤおよびダイパッドの表示制御

この機能はOpen Betaです。PCB.Wirebonding.3DImprovementsオプションをAdvanced Settings dialogで有効にすると利用できます。

PCBまたはフットプリントを2Dレイアウトモードで表示している場合、View Configurationパネル()のView OptionsタブにあるObject Visibility領域のBond Wire 項目(および関連コントロール)を使用して、ボンドワイヤの表示/非表示を制御できます。

2Dレイアウトモードでのボンドワイヤの表示設定は、View Configurationパネルの新しいBond Wire項目で行えます。

ボンドワイヤに対してDraftオプションを有効にできます。

ボンドワイヤに対してTransparencyオプションを調整できます。

ボンドワイヤの透明度は、Object Visibilityダイアログを使用してレイヤごとに設定することもできます。 

 

PCBまたはフットプリントを3Dレイアウトモードで表示している場合、ボンドワイヤとダイパッドの表示は、View ConfigurationパネルのView OptionsタブにあるGeneral Settings領域のShow 3D Bodies オプションの一部として制御されます。

3Dレイアウトモードでは、View ConfigurationパネルのShow 3D BodiesオプションがOnに設定されていると、ボンドワイヤとダイパッドが表示されます。 

Show 3D BodiesオプションがOffに設定されている場合、ボンドワイヤとダイパッドは非表示になります。

 

ワイヤボンディングのデザインルールチェック

Wire Bondingデザインルール(Routingカテゴリ)は、PCBからアクセスしたConstraint ManagerAll Rulesビュー、およびPCB Rules and Constraints Editorダイアログ(従来のデザインルール定義および管理方法を使用している場合)で定義できます。このルールにより、隣接するボンドワイヤ間の許容距離(Wire To Wire)、Min Wire LengthMax Wire Length、およびBond Finger Margin(ボンドワイヤと、その接続先であるボンドフィンガーパッドのエッジとの距離/余白)に対する制約を定義できます。Wire Bondingデザインルールは、バッチDRCでサポートされています。

Constraint Managerで定義されたWire Bondingルール
Constraint Managerで定義されたWire Bondingルール

PCB Rules and Constraints Editorダイアログで定義されたWire Bondingルール
PCB Rules and Constraints Editorダイアログで定義されたWire Bondingルール

電気的ルールチェック(Un-Routed NetおよびShort Circuit)もWire Bondingに適用されます。

2本のボンドワイヤがルールで許可された距離より近くに配置されている場合のWire Bondingルール違反の例(2D)

2本のボンドワイヤがルールで許可された距離より近くに配置されている場合のWire Bondingルール違反の例(3D)

ダイパッドと同一ネットのトラックとの間にボンドワイヤが存在しない場合のUn-Routed Netルール違反の例

ボンドワイヤが異なるネットのトラックに接続されている場合のShort Circuitルール違反の例

 

ボンドワイヤオブジェクトは、3D空間内でボンドワイヤと他の(ボンドワイヤ以外の)オブジェクトとのクリアランス違反を検出するため、Component Clearanceチェックにも含まれます。

なお、IsBondWireクエリキーワードは、ボンドワイヤを対象にするためにComponent Clearanceデザインルールのスコープ内で使用できます。詳しくは、以下のWire Bonding Query Keywordsセクションを参照してください。

ボンドワイヤと3Dボディの間で検出された衝突の例。
ボンドワイヤと3Dボディの間で検出された衝突の例。

Component Clearanceチェックにボンドワイヤオブジェクトを含める機能はOpen Betaです。PCB.Wirebonding.3DImprovementsオプションをAdvanced Settings dialogで有効にすると利用できます。

Wire Bondingクエリキーワード

以下のクエリ言語キーワードは、デザインルールスコープ作成時の論理クエリ式(Constraint ManagerおよびPCB Rules and Constraints Editor ダイアログの両方)や、PCBまたはPCBライブラリ内のオブジェクトをフィルタリングするためのクエリ式の構築時に使用できます。

  • IsBondFinger – ボンドワイヤが接続されている銅箔レイヤ上のSMDパッドプリミティブを返します。

  • IsBondWire – ボンドワイヤプリミティブを返します。

  • IsBondWireConnected – ボンドワイヤが接続されている任意のプリミティブを返します。

DraftsmanドキュメントでのWire Bonding

Draftsmanは、通常のboard assembly view(メインのChip-on-Boardアプローチ用)、board fabrication view、およびcomponent view(ワイヤボンディングの「パッケージ」がフットプリント内で完全に定義されている場合)でWire Bondingをサポートします。

  • 選択したboard assembly viewまたはboard fabrication viewのPropertiesパネルのLayersタブでダイパッドおよびボンドワイヤのレイヤを有効にすると、ビュー上(および以下に示す派生board detail views)にこれらのレイヤが表示されます。

     
  • board assembly viewまたはboard fabrication viewでボンドワイヤの表示が有効になっている場合、ビューのPropertiesパネルのGeneralタブにあるShow Bond Wiresオプションを使用して、レイヤ色(PropertiesパネルのLayerタブで定義)またはオーバーライド色(PCB側でボンドワイヤに指定されている場合)を使用することを選択できます。

     
  • コンポーネントにWire Bondingが含まれる場合(つまり、ダイパッドとそれに接続されたボンドワイヤがある場合)、このコンポーネント用に配置された選択中のcomponent viewのPropertiesパネルでは、追加のShow Bond WiresオプションとDie Padsオプションが利用可能になります。Show Bond Wires オプションを使用してボンドワイヤのグラフィックスを有効にし、レイヤ色(関連する色ボタンで定義)またはオーバーライド色(PCB側でボンドワイヤに指定されている場合)を使用するかを選択します。Die Padsオプションを使用してダイパッドのグラフィックスを有効にし、その色を定義します。

Draftsmanのboard assembly views、board fabrication views、およびcomponent viewsでボンドワイヤにレイヤ色またはオーバーライド色を使用する機能はOpen Betaです。PCB.Wirebonding.3DImprovementsオプションをAdvanced Settings dialogで有効にすると利用できます。

Wire Bonding出力

通常のPCB Printsを生成する際、Wire Bonding情報もサポートされます。印刷するレイヤとデジグネータを設定することで、ワイヤボンディング図を作成できます。

ワイヤボンディング図として構成されたPCB印刷の例。
ワイヤボンディング図として構成されたPCB印刷の例。

また、ボンドワイヤ接続に関する情報を提供するWire Bonding Table ReportをCSV形式で生成できます。この種類の新しい出力を追加するには、Output Job fileAssembly Outputs領域からWire Bonding Table Report 出力を使用します。あるいは、PCBエディタのメインメニューからFile » Assembly Outputs » Wire Bonding Table Report コマンドを選択して、エディタから直接レポートを生成することもできます。

Outjobファイルに新しいWire Bonding Table Report出力を追加します。
Outjobファイルに新しいWire Bonding Table Report出力を追加します。

生成されたWire Bonding Table Reportの例
生成されたWire Bonding Table Reportの例

ワイヤボンディングテーブルレポート内のエントリは、次のように並べ替えられます。

  1. まず、コンポーネントプリミティブから開始するボンドワイヤが一覧表示されます。 このグループ内のエントリは、コンポーネントデジグネータのアルファベット順、その後にパッドデジグネータ順で並べ替えられます。

  2. 次に、フリープリミティブから開始し、コンポーネントプリミティブで終わるボンドワイヤが一覧表示されます。 このグループ内のエントリは、プリミティブ名および/またはデジグネータのアルファベット順で並べ替えられます。

  3. 次に、フリープリミティブから開始してフリープリミティブで終わるボンドワイヤが一覧表示されます。 このグループ内のエントリもアルファベット順で並べ替えられます。

PCB を STEP および Parasolid 形式にエクスポートする際、ボンドワイヤ オブジェクトも含まれるようになりました。この機能は Open Beta で提供されており、PCB.Wirebonding.3DImprovements オプションを Advanced Settings dialog で有効にすると利用できます。

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機能の可用性

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従来のドキュメント

Altium Designer のドキュメントは、バージョンごとに掲載されなくなりました。Altium Designer の旧バージョンのドキュメントは、Other Installers ページの Legacy Documentation の項目をご覧ください。

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