Drahtbonden

Auf einen Blick

Dieser Artikel stellt das Drahtbonden in Altium Designer vor und erläutert, wie diese Funktion das Design von Chip-on-Board- und Hybridleiterplatten unterstützt, indem sie Die-Pads über Bonddrähte mit Gehäusepads, anderen Chips oder Kupferflächen auf der Leiterplatte verbindet. Er führt Sie durch die Grundlagen der Erstellung von Footprints mit Die-Pads, Bondfinger-Pads und Bonddrähten, zeigt den Zusammenhang zwischen Die-Pads, dedizierten Die-Lagen und 3D-Körpern und beschreibt, wie Bonddrähte in 2D und 3D platziert, dargestellt und konfiguriert werden. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie diese Funktionen zu einem praxisgerechten Drahtbond-Workflow für Ihre Leiterplattendesigns kombinieren.

- Verstehen Sie, wofür das Drahtbonden eingesetzt wird und wie Altium Designer es beim Design von Chip-on-Board- und Hybridleiterplatten nutzt.
- Lernen Sie die grundlegende Einrichtung für das Drahtbonden kennen, einschließlich Die-Pads, Bondfinger-Pads, Die-Körpern, dedizierten Lagenpaaren und der Platzierung von Bonddrähten.
- Erfahren Sie, wie sich die Eigenschaften von Bonddrähten, die Pad-Ausrichtung und zusätzliche Funktionen auf Ihren Design-Workflow auswirken.
Mit KI tiefer einsteigen:

Das Hauptziel des Drahtbondens ist es, eine sichere und niederohmige elektrische Verbindung zwischen einem Halbleiterchip und seinem Gehäuse oder zwischen verschiedenen Chips innerhalb eines Multi-Chip-Moduls herzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein feiner Draht, der typischerweise aus Gold, Aluminium oder Kupfer besteht, vom Bondpad auf dem Chip zu einem entsprechenden Pad auf dem Gehäusesubstrat oder einem anderen Chip gebondet.

Drahtbonden dient zur Übertragung von Leistung und Signalen zwischen Substraten und Chips. Es ist die grundlegende Technologie, bei der durch Mikroschweißen feinster Drähte eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen (Pads) des Chips und dem Chipträger oder Substrat hergestellt wird. Es gilt allgemein als die kostengünstigste und flexibelste Verbindungstechnologie und wird bei der Montage der meisten Halbleitergehäuse eingesetzt.

Altium Designer unterstützt den Entwurf von Hybridleiterplatten mit Chip-on-Board-Technologie (CoB) unter Verwendung von Drahtbonden. Mit dieser Funktion können Sie ein Bauteil mit definierten Die Pads erstellen. Nach der Platzierung im Schaltplan und der Synchronisierung mit der Leiterplatte (über ECO) kann es mithilfe von Bond Wires mit regulären Pads (oder beliebigen Kupferflächen) auf der Hauptleiterplatte verbunden werden. Wird ein reguläres Pad verbunden, übernimmt es die Eigenschaften eines Bond Finger-Pads.

Die Drahtbond-Funktion ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding im Dialog „Advanced Settings“ aktiviert ist.

Erstellen eines Footprints für ein Chip-on-Board-Bauteil

Sie können ein vollständiges, einfaches Gehäuse mit definierten Die-Pads, Bondfinger-Pads und Bonddrähten als Teil des Bauteil-Footprints definieren.

Wenn Ihr Entwurf dies erfordert, kann der Footprint ausschließlich Die-Pads enthalten, d. h., Bondfinger-Pads und Bonddrähte müssen nicht im Footprint enthalten sein. Wird der Footprint auf der Leiterplatte platziert, kann das Bauteil durch Drahtbonden direkt mit anderen Dies, Pads und/oder Kupferregionen auf der Leiterplatte verbunden werden.

Die-Pads und Die-3D-Körper werden auf einer Lage eines dedizierten Die-Bauteillagenpaars platziert. Ein Bauteillagenpaar dieses Typs kann über das Panel View Configurations hinzugefügt werden.

Erfahren Sie mehr über das Hinzufügen von Bauteillagenpaaren.

Die-Pads werden auf einem generischen 3D-Körper (Modellformate STEP, SOLIDWORKS Part und Parasolid) oder einem extrudierten 3D-Körper auf der Lage Die platziert (als Die Body bezeichnet).

  • Bei der Platzierung auf einem extrudierten 3D-Körper werden Die-Pads automatisch auf der Overall Height des Die-Körpers platziert und hinsichtlich ihrer Höhe an diesen gebunden.

  • Bei der Platzierung auf einem generischen 3D-Körper werden Die-Pads automatisch auf der Körperhöhe unterhalb der Padmitte platziert.

Die-Pads sind Pad-Objekte, die auf einer Lage des Typs Die platziert werden.

Ein extrudierter 3D-Körper mit einer Gesamthöhe von 10 mil wird ebenfalls auf einer Lage des Typs Die platziert und dient hier als Die. Die-Pads werden auf diesem 3D-Körper platziert.

In 3D werden Die-Pads auf der Höhe des 3D-Körpers dargestellt, auf dem sie platziert sind.

Auch ein generischer 3D-Körper kann als Die-Körper verwendet werden. In diesem Beispiel wird ein Modell im Parasolid-Format verwendet.

 
  • Durch die Verknüpfung eines Die-Pads mit einem Die-Körper bleiben Die-Pads auf der Oberfläche des richtigen 3D-Körpers, wenn sich mehrere 3D-Körper an derselben Position befinden (beispielsweise wenn die Leiterplatte von einem Gehäuse abgedeckt wird).

  • Bei geometrischen Änderungen am Die-Pad oder Die-Körper (Position, Größe usw.) wird die Verknüpfung aktualisiert, sodass die Höhe des Die-Pads mit dem verknüpften Die-Körper synchron bleibt.

  • Wenn sich unter dem Die-Pad mehrere überlappende Die-Körper befinden, wird das Die-Pad mit dem Die-Körper desselben Bauteils verknüpft. Wenn sich mehrere Die-Körper im selben Bauteil befinden (oder das Die-Pad mehrere freie Die-Körper überlappt), wird das Die-Pad mit dem Die-Körper mit der größten Höhe verknüpft.

  • Beachten Sie, dass eine in Altium Designer 25.1 oder einer früheren Version erstellte Verknüpfung eines Die-Pads mit einem 3D-Körper auf einer anderen Lage als Die beim Öffnen des Dokuments in einer späteren Version nicht unterstützt wird. Für den 3D-Körper muss die richtige Lage Die ausgewählt werden, um ein Die-Pad mit ihm zu verknüpfen.

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    Die Möglichkeit, Die-Pads auf generischen 3D-Körpern zu platzieren, befindet sich in der Open Beta und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog „Advanced Settings“ aktiviert ist.

Platzieren Sie reguläre Pad-Objekte auf einer Kupferlage (z. B. Top Layer). Nachdem Bonddrähte mit ihnen verbunden wurden, werden diese Pads als Bondfinger-Pads betrachtet.

In diesem Beispiel dienen die auf dem Top Layer um den Die herum platzierten Pads als Bondfinger-Pads.
In diesem Beispiel dienen die auf dem Top Layer um den Die herum platzierten Pads als Bondfinger-Pads.

  • Um Verstöße aufgrund doppelter Pad-Bezeichner für den Bauteil-Footprint zu vermeiden, müssen sich die den Bondfinger-Pads zugewiesenen Bezeichner von denen der Die-Pads unterscheiden. Wenn Die-Pads beispielsweise mit 1, 2, 3 usw. bezeichnet sind, bezeichnen Sie die entsprechenden Bondfinger-Pads mit 1BF, 2BF, 3BF usw.

  • Beim Erstellen eines Bauteils mit einem Footprint, der Drahtbonden unterstützt, wird empfohlen, einen entsprechenden Pin des Schaltplansymbols des Bauteils sowohl dem Die-Pad als auch dem Bondfinger-Pad des PCB-Footprints zuzuordnen (). Weitere Informationen zur Pin-Zuordnung finden Sie auf der Seite Bearbeiten einzelner Bauteile.

Bonddrähte werden auf einer Lage eines speziellen Wire Bonding Bauteil-Lagenpaars platziert, das auch über das Panel View Configurations hinzugefügt werden kann.

Verwenden Sie den Befehl Place » Bond Wire oder das -Symbol auf der Active Bar, um einen Bonddraht zu platzieren. Klicken Sie nach Auswahl des Befehls nacheinander auf die beiden Punkte, die Sie mit einem Bonddraht verbinden möchten (z. B. den Mittelpunkt eines Die-Pads und den Mittelpunkt eines Bondfinger-Pads). In 2D wird eine gerade Linie angezeigt, die eine Projektion des Bonddrahts auf die XY-Ebene darstellt. In 3D wird der Bonddraht anhand der Position seiner Anfangs- und Endpunkte sowie weiterer Eigenschaften dargestellt.

In 2D wird ein platzierter Bonddraht als gerade Linie dargestellt. Hier ist ein Bonddraht zu sehen, der ein Die-Pad mit einem Bondfinger-Pad verbindet.

Derselbe Bonddraht in 3D.

 

Verwenden Sie die Felder im Bereich Profile des Panels Properties, um die gewünschten Werte für Loop Height und Diameter eines Bonddrahts, seinen Anfang Angle (α) und sein Ende Angle (β) sowie Type festzulegen, wodurch die Form am Anfangspunkt des Bonddrahts bestimmt wird (Ball - Wedge oder Wedge - Wedge).

 
  • Im Bereich Properties des Panels Properties für einen ausgewählten Bonddraht werden die Länge des Drahts in 2D (d. h. die Länge der Leiterbahn, die den Draht in 2D darstellt) sowie ein schreibgeschützter Wert seiner Länge in 3D angezeigt.

  • Sie können außerdem Override Color für einen Bonddraht aktivieren und festlegen. Dies erleichtert beim Erstellen einer Drahtbond-Montagezeichnung die Unterscheidung zwischen verschiedenen Bonddraht-„Ebenen“, die unterschiedlichen Zyklen einer Drahtbondmaschine zugeordnet sind (mehr erfahren).

  • Beachten Sie, dass der Wert von Angle (β) automatisch festgelegt wird und nicht geändert werden kann, wenn Angle (α) auf 90 gesetzt ist.

 
 
 
 
 

Die Möglichkeit, Angle (α), Angle (β) und Override Color für einen Bonddraht festzulegen, befindet sich in der Open Beta und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialogfeld Erweiterte Einstellungen aktiviert ist.

Wenn Bondfinger-Pads so ausgerichtet werden müssen, dass eine längere Seite eines Pads parallel zum angeschlossenen Bonddraht liegt, können Sie die Bonddrähte und die damit verbundenen Bondfinger-Pads auswählen, mit der rechten Maustaste auf die Auswahl klicken und anschließend den Befehl Pad Actions » Align Bond Finger with Bond Wire aus dem Kontextmenü wählen.

 

Nachfolgend ist ein Beispiel für einen vollständigen Footprint mit Drahtbondverbindungen dargestellt.

Platzieren von Bonddrähten auf einer Leiterplatte

Beim Chip-on-Board-Ansatz können Sie Bonddrähte auch manuell platzieren (wie oben beschrieben), um die Die-Pads des Chips mit beliebigen Kupferflächen auf der Hauptplatine zu verbinden. Ein Bonddraht übernimmt das Netz seines Ausgangs-Die-Pads. Von demselben Die-Pad können mehrere Bonddrähte ausgehen. Umgekehrt können mehrere Bonddrähte auf derselben Kupferfläche der Hauptplatine enden.

Nachfolgend ist ein Beispiel für eine Leiterplatte mit Drahtbondverbindungen dargestellt.

  • Bonddrähte und Die-Pads werden auch angezeigt, wenn ein Leiterplattennutzen-Dokument in 3D betrachtet wird (). Außerdem wird die Erstellung eines Drahtbond-Tabellenberichts aus einem Leiterplattennutzen-Dokument unterstützt.

  • Bonddrähte, die als Teil eines Bauteil-Footprints definiert sind, können bei Verwendung der Funktion MCAD CoDesigner auch an ein MCAD-Tool übertragen werden. Beachten Sie, dass manuell auf der Leiterplatte hinzugefügte Bonddrähte nicht übertragen werden.

     
     
     
     
     

    Diese Funktion befindet sich in der offenen Beta-Phase und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog „Advanced Settings“ aktiviert ist.

Sichtbarkeit von Bonddrähten und Die-Pads steuern

 
 
 
 
 

Diese Funktion befindet sich in der offenen Beta-Phase und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog „Advanced Settings“ aktiviert ist.

Beim Anzeigen einer Leiterplatte oder eines Footprints im 2D-Layoutmodus können Sie die Sichtbarkeit von Bonddrähten über den Eintrag Bond Wire (und die zugehörigen Steuerelemente) im Bereich Object Visibility auf der Registerkarte View Options des Panels View Configuration steuern ().

Die Sichtbarkeit von Bonddrähten im 2D-Layoutmodus lässt sich über den neuen Eintrag Bond Wire im Panel View Configuration konfigurieren.

Die Option Draft kann für Bonddrähte aktiviert werden.

Die Option Transparency kann für Bonddrähte angepasst werden.

Die Transparenz von Bonddrähten kann auch für jede Lage einzeln über den Dialog Object Visibility konfiguriert werden. 

 

Beim Anzeigen einer Leiterplatte oder eines Footprints im 3D-Layoutmodus wird die Sichtbarkeit von Bonddrähten und Die-Pads über die Option Show 3D Bodies im Bereich General Settings auf der Registerkarte View Options des Panels View Configuration gesteuert.

Im 3D-Layoutmodus werden Bonddrähte und Die-Pads angezeigt, wenn die Option Show 3D Bodies im Panel View Configuration auf On eingestellt ist. 

Wenn die Option Show 3D Bodies auf Off eingestellt ist, werden Bonddrähte und Die-Pads ausgeblendet.

 

Designregelprüfungen für das Drahtbonden

Eine Designregel vom Typ Wire Bonding (Kategorie Routing) kann in der Ansicht All Rules des Constraint Managers definiert werden, wenn dieser von einer Leiterplatte aus aufgerufen wird, sowie im Dialog PCB Rules and Constraints Editor (bei Verwendung des älteren Ansatzes zur Definition und Verwaltung von Designregeln). Mit dieser Regel lassen sich Vorgaben für den zulässigen Abstand zwischen benachbarten Bonddrähten (Wire To Wire), für Min Wire Length und Max Wire Length sowie für Bond Finger Margin definieren. Letzteres ist der Abstand zwischen einem Bonddraht und dem Rand des Bondfinger-Pads, mit dem er verbunden ist. Die Designregel Wire Bonding wird von der Batch-DRC unterstützt.

Eine im Constraint Manager definierte Drahtbondregel
Eine im Constraint Manager definierte Drahtbondregel

Eine im Dialog PCB Rules and Constraints Editor definierte Drahtbondregel
Eine im Dialog PCB Rules and Constraints Editor definierte Drahtbondregel

Elektrische Regelprüfungen (Nicht geroutetes Netz und Kurzschluss) gelten auch für das Drahtbonden.

Beispiel für einen Verstoß gegen die Regel Wire Bonding (in 2D), bei dem zwei Bonddrähte in einem geringeren Abstand zueinander platziert sind, als die Regel zulässt

Beispiel für einen Verstoß gegen die Regel Wire Bonding (in 3D), bei dem zwei Bonddrähte in einem geringeren Abstand zueinander platziert sind, als die Regel zulässt

Beispiel für einen Verstoß gegen die Regel Un-Routed Net, bei dem kein Bonddraht zwischen einem Die-Pad und einer Leiterbahn desselben Netzes vorhanden ist

Beispiele für Verstöße gegen die Regel Short Circuit, bei denen Bonddrähte mit Leiterbahnen unterschiedlicher Netze verbunden sind

 

Bonddrahtobjekte werden auch in die Prüfung des Bauteilabstands einbezogen, um Abstandsverletzungen zwischen Bonddrähten und anderen Objekten (die keine Bonddrähte sind) im 3D-Raum zu erkennen.

Beachten Sie, dass das Abfrageschlüsselwort IsBondWire im Geltungsbereich einer Designregel für den Bauteilabstand verwendet werden kann, um gezielt Bonddrähte zu erfassen. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Abfrageschlüsselwörter für das Drahtbonden weiter unten.

Beispiel für eine erkannte Kollision zwischen einem Bonddraht und einem 3D-Körper.
Beispiel für eine erkannte Kollision zwischen einem Bonddraht und einem 3D-Körper.

 
 
 
 
 

Die Einbeziehung von Bonddrahtobjekten in die Prüfung des Bauteilabstands befindet sich in der offenen Beta-Phase und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog „Advanced Settings“ aktiviert ist.

Abfrageschlüsselwörter für das Drahtbonden

Die folgenden Schlüsselwörter der Abfragesprache können in logischen Abfrageausdrücken beim Erstellen von Gültigkeitsbereichen für Designregeln (sowohl im Constraint Manager als auch im Dialog PCB Rules and Constraints Editor) sowie beim Erstellen von Abfrageausdrücken zum Filtern von Objekten auf einer Leiterplatte oder in einer PCB-Bibliothek verwendet werden:

  • IsBondFinger – gibt ein SMD-Pad-Primitiv auf einer Kupferlage zurück, mit dem ein Bonddraht verbunden ist.

  • IsBondWire – gibt ein Bonddraht-Primitiv zurück.

  • IsBondWireConnected – gibt jedes Primitiv zurück, mit dem ein Bonddraht verbunden ist.

Drahtbonden in einem Draftsman-Dokument

Draftsman unterstützt Drahtbonden sowohl in der regulären Leiterplatten-Bestückungsansicht (für den gängigen Chip-on-Board-Ansatz) und der Leiterplatten-Fertigungsansicht als auch in der Bauteilansicht (wenn das Drahtbond-„Gehäuse“ vollständig innerhalb des Footprints definiert wurde).

  • Aktivieren Sie die Lagen für Die-Pads und Bonddrähte auf der Registerkarte Layers im Panel Properties der ausgewählten Leiterplatten-Bestückungsansicht oder Leiterplatten-Fertigungsansicht, um diese Lagen in der Ansicht (und in abgeleiteten Leiterplatten-Detailansichten, wie unten gezeigt) anzuzeigen.

     
  • Wenn die Anzeige von Bonddrähten für eine Leiterplatten-Bestückungsansicht oder Leiterplatten-Fertigungsansicht aktiviert ist, können Sie über die Option Show Bond Wires auf der Registerkarte General im Panel Properties der Ansicht entweder die Lagenfarbe (definiert auf der Registerkarte Layer im Panel Properties) oder die Überschreibungsfarbe (sofern auf der PCB-Seite für Bonddrähte festgelegt) verwenden.

     
  • Wenn ein Bauteil Drahtbond-Verbindungen aufweist (d. h. ein oder mehrere Die-Pads mit daran angeschlossenen Bonddrähten besitzt), sind im Panel Properties für die ausgewählte, für dieses Bauteil platzierte Bauteilansicht die zusätzlichen Optionen Show Bond Wires und Die Pads verfügbar. Verwenden Sie die Option Show Bond Wires, um die grafische Darstellung der Bonddrähte zu aktivieren und entweder die Lagenfarbe (über die zugehörige Farbschaltfläche definiert) oder die Überschreibungsfarbe (sofern auf der PCB-Seite für Bonddrähte festgelegt) auszuwählen. Verwenden Sie die Option Die Pads, um die grafische Darstellung der Die-Pads zu aktivieren und deren Farbe festzulegen.

 
 
 
 
 

Die Möglichkeit, für Bonddrähte in den Leiterplatten-Bestückungsansichten, Leiterplatten-Fertigungsansichten und Bauteilansichten von Draftsman die Lagenfarbe oder eine Überschreibungsfarbe zu verwenden, befindet sich in der offenen Beta-Phase und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog Erweiterte Einstellungen aktiviert ist.

Ausgaben für das Drahtbonden

Drahtbond-Informationen werden bei der Erstellung regulärer Leiterplattenausdrucke unterstützt. Durch die Konfiguration der zu druckenden Lagen und Bauteilkennzeichnungen können Sie ein Drahtbond-Diagramm erstellen.

Ein Beispiel für einen als Drahtbond-Diagramm konfigurierten Leiterplattenausdruck.
Ein Beispiel für einen als Drahtbond-Diagramm konfigurierten Leiterplattenausdruck.

Außerdem kann ein Drahtbond-Tabellenbericht mit Informationen zu den Bonddrahtverbindungen generiert werden (im CSV-Format). Verwenden Sie die Ausgabe Wire Bonding Table Report im Bereich Assembly Outputs einer Output-Job-Datei, um eine neue Ausgabe dieses Typs hinzuzufügen. Alternativ können Sie den Befehl File » Assembly Outputs » Wire Bonding Table Report in den Hauptmenüs des PCB-Editors auswählen, um den Bericht direkt im Editor zu generieren.

Fügen Sie der Outjob-Datei eine neue Ausgabe für einen Drahtbond-Tabellenbericht hinzu.
Fügen Sie der Outjob-Datei eine neue Ausgabe für einen Drahtbond-Tabellenbericht hinzu.

Weitere Informationen zur Ausgabe des Drahtbond-Tabellenberichts finden Sie auf der Seite Bestückungsdaten vorbereiten.

 
 
 
 
 

Bonddrahtobjekte werden auch beim Export einer Leiterplatte in die Formate STEP und Parasolid berücksichtigt. Diese Funktion befindet sich in der offenen Beta-Phase und ist verfügbar, wenn die Option PCB.Wirebonding.3DImprovements im Dialog Erweiterte Einstellungen aktiviert ist.

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