チップオンボード実装は、ダイがその動作寿命を全うできるかどうかを左右する 2 つのプロセス工程にかかっている。すなわち、基板への取り付け方法と、ダイのボンドパッドを基板へ電気的に接続する方法である。どちらか一方でも誤ると、多くの場合、不具合は装置がフィールドに出るまで表面化しない。本稿では、ダイボンディングとワイヤボンディングが実際にどのように機能するのか、そしてその過程でどのような問題が起こり得るのかを、もう一段深く掘り下げていく。（COB 用語の簡単なおさらいについては、PCBCart のチップオンボードおよびグロブトップに関する用語集項目.)
ダイアタッチ方式：導電性接着剤 vs 非導電性接着剤
ワイヤボンディングを行う前に、ベアダイを基板に機械的に固定する必要があります。この工程で選ばれる接着剤は、単に機械的な保持のためだけのものではなく、ダイの熱経路や、設計によっては基板との電気的接続にも影響を与えます。
導電性ダイアタッチ通常は銀を充填したエポキシ樹脂やそれに類する材料が使用されます。これにより、ダイの裏面と基板との間に電気的な経路が形成され、ダイの裏面をグランドに接続する必要がある場合や、設計上基板を放熱板として利用する場合に重要となります。導電性フィラーは熱伝導率も向上させ、動作中にダイから熱を逃がすのに役立ちます。
非導電性ダイアタッチは、ダイの裏面を基板から電気的に絶縁しておく必要がある場合に使用されます。たとえば、すべての電気的接続が上面のボンディングワイヤのみを通じて行われる場合などです。非導電性接着剤は、電気的性能が決定要因ではないため、主として硬化特性、応力吸収性、および基板材料との適合性を基準に選定されます。
どちらの場合でも、接着層はダイと基板の熱膨張差によって生じる機械的応力の一部を吸収する必要があります。不適切に選定された、あるいは不適切に塗布された接着剤は、後になって即時の欠陥ではなく信頼性の問題として顕在化するボイドや剥離を引き起こす可能性があります。
ワイヤボンディングの基礎：材料と細線が使用される理由
ダイが実装されたら、ワイヤボンディングによってダイのボンディングパッドと基板の配線との間に電気的接続が形成されます。金ワイヤボンディングは、電気伝導性、耐食性、およびパッド上に信頼性の高いボンドを形成しやすいという特性の組み合わせから、COB 作業で最も一般的に採用される手法です。アルミニウムや銅ワイヤなど、他の材料も特定の用途で使用されますが、一般的な COB 実装においては、ゴールドが依然として標準的な基準材料となっています。
ワイヤ自体は非常に細く、通常その直径は数十ミクロンの範囲です。これは単なる任意の選択ではありません。細いワイヤを用いることで、過度な力や熱をダイに加えることなくボンドを形成でき、これは、現代のボンドパッドが非常に小さく、かつ密に配置されていることを考えると極めて重要です。さらに、より細いワイヤは曲げやループの挙動が予測しやすく、1つのダイやパネル上で数百本ものボンドにわたってワイヤ形状を一貫させるうえで重要となります。
各ワイヤボンドは2つの段階で形成されます。最初のボンドはダイパッド上に行われ、次に対応する基板パッド上に2回目のボンドが行われ、両者は制御されたワイヤループで接続されます。そのループの形状と高さは重要であり、平らすぎるとワイヤがダイの端部や隣接するワイヤに接触するおそれがあり、高すぎると取り扱いや封止の際に損傷を受けやすくなります。
なぜボンド施工後の検査が重要なのか
ワイヤボンドが封止前に検査されるのには単純な理由がある。いったんグロブトップやその他の封止材がダイとワイヤを覆ってしまうと、不良は事実上修復不可能になり、多くの場合、装置が試験中または現場で故障するまで目に見えなくなるからである。
この段階での検査では通常、ボンドの配置精度、ループ高さと形状、および引張強度（機械的ストレスに耐えられることを確認するための破壊試験またはサンプルベースの試験）がチェックされる。エンキャプシュレーションによって組立体の状態がそのまま固定されてしまうため、隠れた欠陥となる前に、弱いボンドや位置ずれしたボンドを発見できる実質的に最後のタイミングとなる。
注意すべき一般的な故障モード
ワイヤボンドされたCOBアセンブリで、いくつかの故障モードが繰り返し発生します。
ボンドリフト— ワイヤがパッドから剥離する現象であり、通常はボンディング時のボンド形成不足、またはパッド表面の汚染が原因で発生する。
ワイヤスイープ封止処理の際、グロブトップ材が流動することで、微細なワイヤループが物理的に押されたり変形したりし、その結果、隣接するワイヤ間で短絡が発生する場合があります。
汚染ボンディング前にダイ表面やボンドパッド上に粒子や残渣が存在すると、適切な冶金的接合の形成が妨げられ、断続的な不良または即時の故障を引き起こす可能性がある。
これらの故障モードを理解することは、ダイアタッチ、ワイヤボンディング、および検査が、切り離された個々の工程ではなく相互に連関した一連のプロセスとして扱われる理由の一部である。初期段階で生じた弱点は、多くの場合、いくつか工程が進んだ後になって初めて目に見える形で現れるからである。
COB またはダイレベル組立プロジェクトを開発中の場合は、PCBCart の [PCBアセンブリサービスページ] 高品種少量生産のニーズをどのように支援しているか、詳しくはこちらをご覧ください。
便利なリソース
•PCBアセンブリにおけるAOI検査
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•PCBアセンブリ概要
