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半導体パッケージの紹介 第4弾『ワイヤBGAパッケージ』

皆さんはじめまして。応用機器設計部パッケージ設計課の長田です。
私は、4月に入社したばかりの新人です。
配属時は学生時代の専攻とは全く異なるためパッケージはおろか電気関連の知識も全くありませんでした。8ヶ月と短い期間ではありますが、業務を経て知識が身についてきましたので、今回のブログではワイヤBGAパッケージおよび肝となるワイヤリング設計についてクイズを交えながらご紹介させていただきます。

 

ワイヤBGA概要

ワイヤボンディング方式とはその名称のとおり、ICチップ上のボンディングパッドとパッケージの内部電極とを、金属のワイヤを熱や超音波と共に圧着し接合(ボンディング)して結線する方式です。(このワイヤには金やアルミや銅が使われています。)

そして、そのままではICチップもワイヤもパッケージ内部電極もむき出しなので、モールド樹脂にて封止し、外部要因(外力、汚損、腐食等)からこれらを保護する必要があります。

さてここで問題です。

ワイヤで電気的な接続を行いますが、どのくらいの細さと思いますか?

  1. シャーペンの芯と同じくらいの5 mm
  2. シャーペンの芯の1/10くらいの05 mm
  3. シャーペンの芯の1/25くらいの02 mm

答えは後ほど・・・

前述のようにICチップやワイヤやパッケージ内部電極を保護するためのモールド樹脂ですが、モールド封止の際にはパッケージをセットした金型に樹脂を注入することが必要です。その際、流動する樹脂によって細いワイヤが変形してしまい、ワイヤ同士が接触しショートするといった不具合がワイヤBGAでは生じます。

以上のことから、ワイヤ同士の接触を防止するため、ワイヤの長さ、角度、隣接ワイヤとの間隔等を考慮して設計することがワイヤBGAパッケージでは求められます。

しかし、ICチップやパッケージの大きさなどの仕様によってワイヤ設計が困難な場合もあります。その際は、ICチップ仕様、パッケージ仕様の両立を図れる提案をさせていただき、協調設計を行いながら設計に取り組んでいます。

2D-CADで行ったワイヤリング設計に関しては、3D-CADで検証を行い懸念箇所は2D-CADにて再調整等します。またその都度パッケージ基板配線の修正も並行して行い、これらを繰り返すことによって歩留まり向上を図っています。

以上がワイヤBGAパッケージ及びワイヤリング設計の概要となります。

さて、変形を気にしなければならないようなワイヤってどんな太さだと思いますか?先程のクイズに戻ると、正解は3の0.02mmとなります。

非常に細く肉眼ではほとんど見えませんよね。

こんなに細いワイヤが一つのワイヤBGAパッケージの中に300本前後からときには600本も入っているんですよ。

今回は、ワイヤBGAパッケージをご紹介しましたが、次回はリードフレームパッケージをご紹介します。

【関連リンク】

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