Altium Designerにおけるワイヤーボンディング

はじめに

ワイヤーボンディング技術は年々進化しており、その使用例や応用分野も広がっています。デバイスがよりコンパクトでパワフルになるにつれて、設計者は複雑なインターコネクトを扱うための正確なツールが必要とされ、Altium Designerは、チップ・オン・ボード（COB）設計やキャビティ内のスタックダイ、その他の高性能アプリケーションでのワイヤーボンディングを効率化する機能を提供しています。この記事では、Altium Designerの高度なワイヤーボンディング機能と、それが信頼性をどのように保証するかについて探ります。

Altium Designerにおける高度なワイヤーボンディング技術

Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、新しい機能の範囲を提供し、PCB設計に高度なボンディング技術を取り入れることを容易にしています。いくつかの注目すべき機能を見てみましょう：

• キャビティ内のスタックダイ用ワイヤーボンディング：ユーザーは、キャビティ構造内のスタックダイに必要な複雑なインターコネクトを簡単に扱うことができるようになりました。これは3D集積回路としても知られています。レイヤースタックマネージャーのリジッド＆フレックスアドバンスドモードを利用することで、ダイ構造とダイパッドを簡単に描画し、異なるスタックアップに配置して3D構造を作成することができます。Altium Designerの3Dビューでのワイヤーボンドの可視化機能により、設計者はワイヤーボンドのループ高さ、長さ、直径、およびパスが設計の電気的および機械的要件に最適化されていることを確認できます。これらの3Dビジュアライゼーションは、高度なコンピューティングおよびモバイルデバイスで使用されるスタックダイ構造の典型的な細ピッチおよび高ピン数を管理する際に重要です。

キャビティ内のスタックダイワイヤーボンディング（3D集積回路）

• ダイ間ワイヤーボンディング：Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、ダイ間ワイヤーボンディングを可能にします。これは、寄生インダクタンスと信号干渉を最小限に抑えるために使用される技術です。複数のダイを中間のフィンガーパッドや銅の流れなしで直接ワイヤーボンドで接続することができ、ループ長を短縮し、高周波および高電力アプリケーションの性能を最適化します。

ダイ間ワイヤーボンディング

• ダイから銅プールへのワイヤーボンディング：多くのパワーエレクトロニクスや高電流アプリケーションでは、ダイを直接銅プールに接続することが、効果的な熱および電気性能を実現するために不可欠です。Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、PCB上のダイと銅プールエリアとの間の正確なワイヤーボンディングを可能にすることでこれをサポートします。この方法は、熱の放散と電流処理能力が重要なパワーマネジメントモジュールなどの高電力設計に特に有用です。大きな銅プールに直接ボンドワイヤーを接続することを可能にすることで、設計者は電気および熱性能が最適化され、追加のインターコネクトやビアの必要性を減らすことができます。

銅プール上の複数のワイヤーボンド

• 同じダイパッドのための複数のワイヤーボンド：Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、電流運搬能力を高め、インピーダンスを減少させるために、同じダイパッドからの複数のワイヤーボンドもサポートします。この技術は、ダイを通じてより高い電流が流れるパワーエレクトロニクスや高性能アプリケーションにおいて特に重要であり、電気負荷を分散させるために追加のワイヤーボンドが必要になります。複数のワイヤーボンドは、個々のワイヤーボンドにかかるストレスを減少させることで機械的信頼性も向上させ、高ストレス環境での熱および電気性能を強化します。
• パッドの整列と向き：成功したワイヤーボンディングプロセスには、適切なパッドの整列と向きが不可欠です。Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、ボンドワイヤーの方向に合わせてフィンガーパッドを一括整列させることができ、ボンドループの長さを最小限に抑え、製造中の機械的ストレスやミスアラインメントのリスクを軽減します。この機能は、特に複雑でピン数が多い設計において、ワイヤーボンドの配置を最適化し、電気的性能とボンドの整合性の両方を向上させるのに役立ちます。

ワイヤーボンドの方向に合わせたフィンガーパッドの整列

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Altium Designerにおけるワイヤーボンド仕様と設計の柔軟性

Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、正確な設計要件を満たすためのワイヤーボンディング仕様を設定する際の高い柔軟性を提供します。これらの機能は、電気的性能と製造効率の両方においてボンドを最適化するのに役立ちます。調整可能な主要なパラメータには以下が含まれます：

• ワイヤ直径、ボンドタイプ、ループ高さの調整：Altium Designerは、設計者が各ワイヤボンドのワイヤ直径、ボンドタイプ、ループ高さを微調整できるようにします。電力アプリケーション用の太いワイヤが必要な場合でも、高密度信号インターコネクト用の細いワイヤが必要な場合でも、これらのパラメータはソフトウェアのインターフェース内で簡単に調整できます。この柔軟性は、電力エレクトロニクスや高解像度イメージセンサーなどのアプリケーションで、望ましい電気的性能と機械的安定性を達成する上で重要です：

  • ワイヤ直径：設計者は、電流容量とスペースの制約に基づいてボンドワイヤの直径を指定できます。
  • ボンドタイプ：ウェッジボンディングとボールボンディングの両方がサポートされており、設計要件に応じて最適なボンディング方法を選択できます。
  • ループ高さ：ループ高さを正確に制御することで、ボンドワイヤの機械的安定性を最適化し、信号干渉と寄生インダクタンスを最小限に抑えることができます。これは、高速設計にとって重要です。

ワイヤボンドのプロパティパネル

• 出力レポートとドラフトマン図面の生成：Altium Designerは、すべてのワイヤーボンディングの詳細を含む詳細な出力レポートとドラフトマン図面を生成することができるようになりました。これには、ワイヤーボンド接続、ダイパッド名、ボンドワイヤーの長さ、およびボンディングタイプの文書化が含まれます。これらのレポートはCSV形式でフォーマットされるか、製造図面の一部として含まれ、製造業者やワイヤーボンディングサービスプロバイダーとの明確なコミュニケーションを確保します。Altium Designer内のドラフトマンツールも、ボンドワイヤーの配置やダイレイアウトなど、ワイヤーボンディング要素をサポートしており、包括的な組み立て文書を可能にします。これらのレポートは、ワイヤーボンディングの仕様が製造中に正確に伝達され、遵守されることを確認し、生産収率を向上させ、エラーのリスクを減らすために不可欠です。

信頼性と設計成功の確保

Altium Designerワイヤーボンディングツールは、ワイヤーボンディング設計の信頼性と成功を確保し、設計エラーを最小限に抑え、検出する上での主要な課題に対処するように設計されています。これは以下のように達成されます：

• 新しいワイヤーボンディング設計ルールチェック(DRC)およびクエリ言語キーワード：ワイヤーボンディング専用の新しいDRCが利用可能になりました。設計者は、ワイヤーボンドのクリアランス、ワイヤー間隔、およびボンド長について特定のルールを設定できます。さらに、2つの新しいクエリ言語キーワード「IsBondFinger」および「IsBondWireConnected」を他のキーワードと組み合わせて使用し、あらゆるワイヤーボンディングレイアウトと構成をカバーする高度な設計ルールを作成できます。Altium Designerは、ボンドワイヤーが厳格な製造および信頼性基準を満たしているかどうかを自動的にフラグ付けします。

3Dビューでの違反フラグ

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2つのフィンガーパッド間のクリアランスルール違反の例

フィンガーパッドと銅プール間のクリアランス違反の例

• 3Dビジュアライゼーションと検証：Altium Designerの3Dビジュアライゼーション機能には、ダイボディ、ダイパッド、およびワイヤーボンドも含まれるようになりました。設計者は、PCB設計全体との関係でワイヤーボンドを視覚化し、ワイヤーパス、長さ、およびループの高さを調整して、機械的な問題を回避できます。このリアルタイム検証により、設計および製造プロセス全体でワイヤーボンディング接続が安全で信頼性があることが保証されます。

ワイヤーボンドは3Dで視覚化でき、プロパティパネルで長さの測定値にアクセスできます

結論

Altium Designerは、今日の最も要求の厳しいアプリケーションで正確で信頼性の高いワイヤーボンディングを可能にする高度な機能を提供します。キャビティ内のスタックダイからダイ間ボンディング、高電力アプリケーションに至るまで、Altium Designerの包括的なツールは、現代の電子機器の成長するニーズにワイヤーボンディングが応えられるようにします。複数のワイヤーボンド、パッドのアライメント、ダイから銅へのボンディングなどの高度な技術を可能にすることで、Altium Designerはエンジニアが設計のパフォーマンスと信頼性の両方を最適化できるようにします。

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