Drahtbonden

Das Hauptziel des Wire Bonding ist es, eine sichere elektrische Verbindung mit geringem Widerstand zwischen einem Halbleiterchip und seinem Gehäuse oder zwischen verschiedenen Chips innerhalb eines Multichip-Moduls herzustellen. Bei diesem Prozess wird ein feiner Draht, typischerweise aus Gold, Aluminium oder Kupfer, vom Bondpad auf dem Chip zu einem entsprechenden Pad auf dem Package-Substrat oder einem anderen Chip gebondet.

Wire Bonding überträgt Leistung und Signale zwischen Substraten und Chips. Es ist die Basistechnologie, bei der eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Chips (Pads) und dem Chipträger oder Substrat durch Mikroschweißen von Mikrodrahtverbindungen hergestellt wird. Im Allgemeinen gilt es als die kostengünstigste und flexibelste Verbindungstechnologie und wird zur Montage der meisten Halbleitergehäuse verwendet.

Altium Designer unterstützt das Design hybrider Boards mit Chip-on-Board-(CoB-)Technologie unter Verwendung von Wire Bonding. Mit dieser Funktion können Sie eine Komponente mit definierten Die Pads erstellen, die, sobald sie in einem Schaltplan platziert und per Synchronisierung (über ECO) auf das PCB übertragen wurde, mithilfe von Bond Wires mit regulären Pads (oder beliebigen Kupferflächen) auf der Hauptplatine verdrahtet werden kann. Wenn sie mit einem regulären Pad verbunden wird, nimmt dieses Pad die Eigenschaften eines Bond Finger-Pads an.

Erstellen des Footprints einer Chip-on-Board-Komponente

Sie können ein vollständiges, einfaches Package mit definierten Die-Pads, Bond-Finger-Pads und Bonddrähten definieren – alles als Teil des Komponenten-Footprints.

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

Erfahren Sie mehr über das Hinzufügen von Komponentenlagenpaaren.

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

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

In diesem Beispiel dienen Pads, die auf der Top Layer rund um das Die platziert sind, als Bond-Finger-Pads.

Bonddrähte werden auf einer Lage eines dedizierten Wire Bonding Komponentenlagenpaars platziert, das ebenfalls über das Bedienfeld View Configurations hinzugefügt werden kann.

Verwenden Sie den Befehl Place » Bond Wire oder das Symbol  auf dem Active Bar, um einen Bonddraht zu platzieren. Nach Auswahl des Befehls klicken Sie nacheinander auf zwei Punkte, die Sie mit einem Bonddraht verbinden möchten (z. B. den Mittelpunkt eines Die-Pads und den Mittelpunkt eines Finger-Pads). In 2D wird eine gerade Linie angezeigt, die eine Projektion des Bonddrahts auf die XY-Ebene darstellt. In 3D wird der Bonddraht basierend auf der Position seiner Start- und Endpunkte sowie weiteren Eigenschaften gerendert.

Verwenden Sie die Felder im Bereich Profile des Bedienfelds Properties, um die gewünschten Werte für Loop Height und Diameter eines Bonddrahts, seinen Start-Angle (α) und sein End-Angle (β) sowie die Type festzulegen, die die Form am Startpunkt des Bonddrahts definiert (Ball - Wedge oder Wedge - Wedge).

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

Ein Beispiel für einen vollständigen Footprint mit Wire Bonding ist unten dargestellt.

Platzieren von Bonddrähten in einem PCB

Bei Verwendung des Chip-on-Board-Ansatzes können Sie Bonddrähte auch manuell platzieren (auf die gleiche Weise wie oben beschrieben), um die Die-Pads des Chips mit beliebigem Kupfer auf der Hauptplatine zu verbinden. Ein Bonddraht übernimmt das Netz seines Quell-Die-Pads. Mehrere Bonddrähte können vom selben Die-Pad ausgehen und umgekehrt können mehrere Bonddrähte auf demselben Kupfer der Hauptplatine enden.

Ein Beispiel für ein PCB mit Wire Bonding ist unten dargestellt.

Steuern der Sichtbarkeit von Bond-Drähten und Die-Pads

Wenn Sie ein PCB oder einen Footprint im 2D-Layout-Modus anzeigen, können Sie die Sichtbarkeit von Bond-Drähten über den Eintrag Bond Wire  (und die zugehörigen Steuerelemente) im Bereich Object Visibility  auf der Registerkarte View Options  des Panels View Configuration  steuern ().

Wenn Sie ein PCB oder einen Footprint im 3D-Layout-Modus anzeigen, werden die Sichtbarkeit von Bond-Drähten und Die-Pads als Teil der Option Show 3D Bodies  im Bereich General Settings  auf der Registerkarte View Options  des Panels View Configuration  gesteuert.

Design Rule Checks für Wire Bonding

Eine Designregel vom Typ Wire Bonding (Kategorie Routing) kann in der Ansicht All Rules des Constraint Manager definiert werden, wenn dieser von einem PCB aus aufgerufen wird, sowie im Dialog PCB Rules and Constraints Editor (bei Verwendung des älteren Ansatzes zur Definition und Verwaltung von Designregeln). Mit der Regel können Einschränkungen für den zulässigen Abstand zwischen benachbarten Bond-Drähten definiert werden (Wire To Wire), Min Wire Length und Max Wire Length sowie Bond Finger Margin, also der Abstand/Freiraum zwischen einem Bond-Draht und der Kante des Bond-Finger-Pads, mit dem er verbunden ist. Die Designregel Wire Bonding wird durch die Batch-DRC unterstützt.

Eine im Constraint Manager definierte Wire-Bonding-Regel

Eine im Dialog PCB Rules and Constraints Editor definierte Wire-Bonding-Regel

Elektrische Regelprüfungen (Un-Routed Net und Short Circuit) gelten ebenfalls für Wire Bonding.

Bond-Draht-Objekte werden auch in die Prüfung Component Clearance einbezogen, um Abstandsverletzungen zwischen Bond-Drähten und anderen (nicht Bond-Draht-)Objekten im 3D-Raum zu erkennen.

Ein Beispiel für eine erkannte Kollision zwischen einem Bond-Draht und einem 3D-Körper.

Wire-Bonding-Abfrageschlüsselwörter

Die folgenden Schlüsselwörter der Abfragesprache stehen zur Verwendung in logischen Abfrageausdrücken beim Erstellen von Geltungsbereichen für Designregeln (sowohl im Constraint Manager als auch im Dialog PCB Rules and Constraints Editor ) sowie beim Erstellen von Abfrageausdrücken zum Filtern von Objekten in einem PCB oder einer PCB-Bibliothek zur Verfügung:

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

• IsBondWire – gibt ein Bond-Draht-Primitiv zurück.

• IsBondWireConnected – gibt jedes Primitiv zurück, mit dem ein Bond-Draht verbunden ist.

Wire Bonding in einem Draftsman-Dokument

Draftsman unterstützt Wire Bonding sowohl in seiner normalen board assembly view (für den primären Chip-on-Board-Ansatz), in der board fabrication view als auch in der component view (für Fälle, in denen das Wire-Bonding-„Package“ vollständig innerhalb des Footprints definiert wurde).

• Aktivieren Sie die Lagen für Die-Pads und Bond-Drähte auf der Registerkarte Layers des Panels Properties der ausgewählten board assembly view oder board fabrication view, um diese Lagen in der Ansicht anzuzeigen (sowie in den daraus abgeleiteten board detail views, wie unten gezeigt).

  

  

   

• Wenn die Anzeige von Bond-Drähten für eine board assembly view oder board fabrication view aktiviert ist, können Sie auswählen, ob die Lagenfarbe (definiert auf der Registerkarte Layer des Panels Properties) oder die Überschreibungsfarbe (sofern für Bond-Drähte auf der PCB-Seite angegeben) über die Option Show Bond Wires auf der Registerkarte General des Panels Properties der Ansicht verwendet werden soll.

  

  

   

• Wenn eine Komponente Wire Bonding aufweist (d. h. sie hat Die-Pad(s) und damit verbundene Bond-Drähte), sind im Panel Properties für die für diese Komponente platzierte ausgewählte component view zusätzliche Optionen Show Bond Wires und Die Pads verfügbar. Verwenden Sie die Option Show Bond Wires , um die Grafik von Bond-Drähten zu aktivieren und auszuwählen, ob die Lagenfarbe (definiert über die zugehörige Farbschaltfläche) oder die Überschreibungsfarbe (sofern für Bond-Drähte auf der PCB-Seite angegeben) verwendet werden soll. Verwenden Sie die Option Die Pads, um die Grafik von Die-Pads zu aktivieren und deren Farbe festzulegen.

  

Wire-Bonding-Ausgaben

Wire-Bonding-Informationen werden bei der Erzeugung regulärer PCB Prints unterstützt. Durch Konfigurieren der zu druckenden Lagen und Designatoren können Sie ein Wire-Bonding-Diagramm erstellen.

Ein Beispiel für einen als Wire-Bonding-Diagramm konfigurierten PCB-Druck.

Außerdem kann ein Wire Bonding Table Report erzeugt werden (im CSV-Format), der Informationen zu Bond-Draht-Verbindungen bereitstellt. Verwenden Sie den Output Wire Bonding Table Report  aus dem Bereich Assembly Outputs einer Output Job file, um einen neuen Output dieses Typs hinzuzufügen. Alternativ können Sie den Befehl File » Assembly Outputs » Wire Bonding Table Report  aus den Hauptmenüs des PCB-Editors auswählen, um den Bericht direkt aus dem Editor zu erzeugen.

Fügen Sie der Outjob-Datei einen neuen Output für einen Wire Bonding Table Report hinzu.

Ein Beispiel für einen erzeugten Wire Bonding Table Report

Die Einträge in einem Wire-Bonding-Tabellenbericht werden wie folgt sortiert:

1. Zuerst werden Bond-Drähte aufgelistet, die von Komponentenprimitiven ausgehen. Die Einträge innerhalb dieser Gruppe werden alphabetisch nach Komponentendesignatoren und dann nach Pad-Designatoren sortiert.

2. Dann werden Bond-Drähte aufgelistet, die von freien Primitiven ausgehen und auf Komponentenprimitiven enden. Die Einträge innerhalb dieser Gruppe werden alphabetisch nach Primitivnamen und/oder Designatoren sortiert.

3. Danach werden Bond-Drähte aufgelistet, die von freien Primitiven ausgehen und auf freien Primitiven enden. Die Einträge innerhalb dieser Gruppe werden ebenfalls alphabetisch sortiert.