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、信頼性が高く低抵抗な電気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、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、または別のチップ上のパッドへ接合します。

ワイヤボンディングは、基板とチップの間で電力および信号を伝送します。 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接続を形成する基本技術です。 一般に、最も費用対効果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実装に使用されています。

Altium Designer は、ワイヤボンディングを使用したチップオンボード(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 パッドとして扱われます。

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。

チップオンボードコンポーネントのフットプリント作成

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含む完全でシンプルなパッケージを、すべてコンポーネントフットプリントの一部として定義できます。

設計意図に応じて必要であれば、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およびボンドワイヤをフットプリントに含めない構成も可能です。フットプリントを PCB に配置した後、そのコンポーネントは PCB 上の他のダイ、パッド、または銅箔領域に直接ワイヤボンディングできます。

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ペアのレイヤに配置されます。このタイプのコンポーネントレイヤペアは、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ペアの追加 の詳細を参照してください。

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

  • 押し出し 3D ボディ上に配置すると、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 ボディ上に配置すると、ダイパッドは自動的にパッド中心の直下にあるボディ高さに配置されます。

ダイパッドは、Die タイプのレイヤ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ている 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、同じ位置に複数の 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した状態に保たれます。

  • ダイパッドの下に重なり合う複数のダイボディがある場合、ダイパッドはそのダイパッドと同じコンポーネント内のダイボディにリンクされます。同じコンポーネント内に複数のダイボディがある場合(またはダイパッドが複数の自由ダイボディに重なっている場合)、ダイパッドは最も高さの高いダイボディにリンクされます。

  • Altium Designer 25.1 またはそれ以前のバージョンで、Die レイヤ以外のレイヤ上の 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点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 レイヤを選択する必要があります。

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    汎用 3D ボディ上にダイパッドを配置する機能は Open Beta 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利用できます。

銅箔レイヤ上(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で 重複パッドデジグネータ違反 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 などを割り当ててください。

  • 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際は、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ペアのレイヤ上に配置されます。このレイヤペアも View Configurations パネルを使用して追加できます。

Place » Bond Wire コマンドまたは Active Bar 上の  アイコンを使用してボンドワイヤを配置します。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、ボンドワイヤはその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、配置され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 領域にあるフィールドを使用して、ボンドワイヤの Loop HeightDiameter、始点 Angle (α) と終点 Angle (β)、およびボンドワイヤの始点での形状を定義する Type (Ball - Wedge または Wedge - Wedge)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)に加えて、3D における長さの読み取り専用値も確認できます。

  • 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付けられた異なるボンドワイヤ「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、  の値は自動的に定義され、変更できない点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 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利用できます。

ボンドフィンガーパッドの長辺が接続されたボンドワイヤと平行になるように向きを合わせ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、選択部分を右クリックして、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 でのワイヤボンド配置

チップオンボード方式を使用する場合、ボンドワイヤを手動で配置して(前述の説明 と同じ方法で)、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こともできます。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で終端することもできます。

ワイヤボンディングを備えた PCB の例を以下に示します。

  • panelized PCB ドキュメントを 3D()で表示するときにも、ボンドワイヤとダイパッドが表示されます。 また、panelized 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。PCB 上で手動追加されたボンドワイヤは転送されない点に注意してください。

     
     
     
     
     

    この機能は Open Beta 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利用できます。

ボンドワイヤとダイパッドの表示制御

 
 
 
 
 

この機能は Open Beta 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利用できます。

PCB またはフットプリントを 2D Layout Mode で表示している場合、ボンドワイヤの表示は、 パネルの 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)を使用して制御できます()。

2D Layout Mode におけるボンドワイヤの表示は、View Configuration パネルの新しい Bond Wire 項目を使用して設定できます。

Draft オプションはボンドワイヤに対して有効化できます。

Transparency オプションはボンドワイヤに対して調整できます。

ボンドワイヤの透明度は、Object Visibility dialog 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 Layout Mode 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、 パネルの 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 Layout mode 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 dialog(旧来のデザインルール定義および管理方式 を使用する場合)で定義できます。このルールでは、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、そのワイヤが接続されているボンドフィンガーパッドの端部との距離/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 dialog で定義された Wire Bonding ルール
PCB Rules and Constraints Editor dialog 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。

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る距離より近接して配置されている場合。

Wire Bonding ルール違反の例(3D)。2 本のボンドワイヤがルールで許可される距離より近接して配置されている場合。

Un-Routed Net ルール違反の例。ダイパッドと同じ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。

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

 

ボンドワイヤオブジェクトは、3D 空間でボンドワイヤと他の(ボンドワイヤ以外の)オブジェクト間のクリアランス違反を検出するための 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、Component Clearance デザインルールのスコープ内でボンドワイヤを対象にするために使用できます。詳細は以下の 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利用できます。

ワイヤボンディングのクエリキーワード

以下のクエリ言語キーワードは、デザインルールのスコープを作成する際の論理クエリ式(Constraint Manager と PCB Rules and Constraints Editor dialog の両方)および 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を構築する際に使用できます。

  • IsBondFinger – ボンドワイヤが接続された、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た任意のプリミティブを返します。

Draftsman ドキュメントでのワイヤボンディング

Draftsman は、通常の board assembly view(主な 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)でワイヤボンディングをサポートします。

  • 選択した board assembly view または board fabrication view の Layers タブにある Properties panel 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(および下図のような派生 board detail views)にそれらのレイヤを表示できます。

     
  • board assembly view または board fabrication view でボンドワイヤの表示を有効にすると、ビューの General タブにある Properties panel の Show Bond Wires オプションを使用して、レイヤカラー(Layer タブの Properties panel で定義)を使用するか、オーバーライドカラー(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できます。

     
  • コンポーネントがワイヤボンディングを備えている場合(つまり、ダイパッドとそれらに接続されたボンドワイヤを持つ場合)、このコンポーネント用に配置された選択中の component view の Properties panel では、追加の Show Bond Wires および Die Pads オプションが使用可能になります。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、レイヤカラー(関連するカラーボタンで定義)またはオーバーライドカラー(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できます。Die Pads オプションを使用すると、ダイパッドのグラフィックスを有効にし、その色を定義できます。

 
 
 
 
 

Draftsman の board assembly views、board fabrication views、および component views でボンドワイヤにレイヤカラーまたはオーバーライドカラーを使用する機能は Open Beta 段階であり、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。

ワイヤボンディング出力

通常の PCB Prints を生成する際、ワイヤボンディング情報がサポートされます。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設定された PCB 印刷の例。
ワイヤボンディング図として設定された 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(CSV 形式)も生成できます。このタイプ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、以下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順、次にパッドデジグネータ順でアルファベット順に並べ替えられます。

  2. 次に、フリープリミティブから開始して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順でアルファベット順に並べ替えられます。

  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に並べ替えられます。

 
 
 
 
 

PCB を STEP および Parasolid 形式にエクスポートする際にも、ボンドワイヤオブジェクトが含まれます。この機能は Open Beta 段階であり、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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