Unión por hilo

El objetivo principal del wire bonding es establecer una conexión eléctrica segura y de baja resistencia entre un chip semiconductor y su encapsulado, o entre distintos chips dentro de un módulo multichip. Este proceso implica unir un hilo fino, normalmente de oro, aluminio o cobre, desde la almohadilla de conexión del chip hasta una almohadilla correspondiente en el sustrato del encapsulado o en otro chip.

El wire bonding transmite potencia y señales entre sustratos y chips. Es la tecnología básica mediante la cual se establece una conexión eléctrica entre las superficies de contacto del chip (pads) y el portachip o sustrato mediante la microsoldadura de microhilos. Por lo general, se considera la tecnología de interconexión más rentable y flexible, y se utiliza para ensamblar la mayoría de los encapsulados de semiconductores.

Altium Designer admite el diseño de placas híbridas con tecnología chip-on-board (CoB) mediante Wire Bonding. Esta función le permite crear un componente con Die Pads definidos y, una vez colocado en un esquema y sincronizado (mediante ECO) con la PCB, puede conectarse por hilo a pads normales (o a cualquier cobre) en la placa principal utilizando Bond Wires. Cuando se conecta a un pad normal, ese pad adopta la apariencia de un pad Bond Finger.

Creación de footprint de componentes Chip-on-Board

Puede definir un encapsulado completo y simple con die pads, bond finger pads y bond wires definidos, todo ello como parte del footprint del componente.

Los die pads y los cuerpos 3D del die se colocan en una capa de un par de capas de componente Die dedicado. Un par de capas de componente de este tipo puede añadirse usando el panel View Configurations.

Obtenga más información sobre cómo añadir pares de capas de componente.

Los die pads se colocan sobre un cuerpo 3D genérico (formatos de modelo STEP, SOLIDWORKS Part y Parasolid) o sobre un cuerpo 3D extruido en la capa Die (denominado Die Body).

Coloque objetos pad normales en una capa de cobre (por ejemplo, la Top Layer). Después de conectarles bond wires, estos pads se considerarán bond finger pads.

En este ejemplo, los pads colocados en la Top Layer alrededor del die actuarán como bond finger pads.

Los bond wires se colocan en una capa de un par de capas de componente Wire Bonding dedicado, que también puede añadirse mediante el panel View Configurations.

Utilice el comando Place » Bond Wire o el icono  en Active Bar para colocar un bond wire. Después de seleccionar el comando, haga clic secuencialmente en dos puntos que desee conectar con un bond wire (por ejemplo, el punto central de un die pad y el punto central de un finger pad). En 2D se mostrará una línea recta, que es una proyección del bond wire sobre el plano XY. En 3D, el bond wire se representa en función de la posición de sus puntos inicial y final y de otras propiedades.

Utilice los campos de la región Profile del panel Properties para especificar los valores deseados de Loop Height y Diameter de un bond wire, su Angle (α) inicial y Angle (β) final, así como el Type que define la forma en el punto inicial del bond wire (Ball - Wedge o Wedge - Wedge).

Si es necesario orientar los bond finger pads para que el lado más largo de un pad quede paralelo al bond wire conectado, puede seleccionar los bond wires y los bond finger pads conectados a ellos, hacer clic con el botón derecho en la selección y, a continuación, elegir el comando Pad Actions » Align Bond Finger with Bond Wire en el menú contextual.

A continuación se muestra un ejemplo de un footprint completo que incluye wire bonding.

Colocación de Wire Bonds en una PCB

Cuando se utiliza el enfoque Chip-on-Board, también puede colocar bond wires manualmente (de la misma forma que se describe arriba) para conectar los die pads del chip a cualquier cobre de la placa principal. Un bond wire heredará la red de su die pad de origen. Pueden salir múltiples bond wires del mismo die pad y, a la inversa, múltiples bond wires pueden terminar en el mismo cobre de la placa principal.

A continuación se muestra un ejemplo de una PCB que incluye wire bonding.

Control de la visibilidad de los hilos de conexión y las almohadillas de chip

Al visualizar una PCB o una huella en el modo de diseño 2D, puede controlar la visibilidad de los hilos de conexión mediante la entrada Bond Wire  (y los controles asociados) en la región Object Visibility , en la pestaña View Options  del panel View Configuration  ().

Al visualizar una PCB o una huella en el modo de diseño 3D, la visibilidad de los hilos de conexión y las almohadillas de chip se controla como parte de la opción Show 3D Bodies  en la región General Settings , en la pestaña View Options  del panel View Configuration .

Comprobaciones de reglas de diseño para wire bonding

Se puede definir una regla de diseño Wire Bonding (la categoría Routing) en la vista All Rules de Constraint Manager cuando se accede desde una PCB y en el cuadro de diálogo PCB Rules and Constraints Editor (al usar el enfoque anterior para la definición y gestión de reglas de diseño). La regla permite definir restricciones para la distancia permitida entre hilos de conexión adyacentes (Wire To Wire), Min Wire Length y Max Wire Length, y Bond Finger Margin, que es la distancia/separación entre un hilo de conexión y el borde de la almohadilla bond finger a la que está conectado. La regla de diseño Wire Bonding es compatible con el DRC por lotes.

Una regla de wire bonding definida en Constraint Manager

Una regla de wire bonding definida en el cuadro de diálogo PCB Rules and Constraints Editor

Las comprobaciones de reglas eléctricas (Un-Routed Net y Short Circuit) también se aplican al wire bonding.

Los objetos de hilo de conexión también se incluyen en la comprobación de Component Clearance, para detectar infracciones de separación entre hilos de conexión y otros objetos (que no sean hilos de conexión) en el espacio 3D.

Un ejemplo de una colisión detectada entre un hilo de conexión y un cuerpo 3D.

Palabras clave de consulta para wire bonding

Las siguientes palabras clave del lenguaje de consulta están disponibles para su uso en expresiones lógicas de consulta al crear alcances de reglas de diseño (tanto en Constraint Manager como en el cuadro de diálogo PCB Rules and Constraints Editor ), así como al construir expresiones de consulta para usar en el filtrado de objetos en una PCB o biblioteca de PCB:

• IsBondFinger – devuelve una primitiva de pad SMD en una capa de cobre que tiene un hilo de conexión conectado.

• IsBondWire – devuelve una primitiva de hilo de conexión.

• IsBondWireConnected – devuelve cualquier primitiva que tenga un hilo de conexión conectado.

Wire bonding en un documento Draftsman

Draftsman admite wire bonding tanto en su vista de ensamblaje de placa normal (para el enfoque principal de Chip-on-Board), como en la vista de fabricación de placa, y también en la vista de componente (para los casos en que el “paquete” de wire bonding se ha definido por completo dentro de la huella).

• Habilite las capas para almohadillas de chip e hilos de conexión en la pestaña Layers del panel Properties de la vista de ensamblaje de placa o vista de fabricación de placa seleccionada para mostrar estas capas en la vista (y en las vistas de detalle de placa derivadas, como se muestra a continuación).

  

  

   

• Cuando la visualización de los hilos de conexión está habilitada para una vista de ensamblaje de placa o una vista de fabricación de placa, puede elegir usar el color de capa (definido en la pestaña Layer del panel Properties) o el color de anulación (si se especifica para los hilos de conexión en el lado PCB) mediante la opción Show Bond Wires en la pestaña General del panel Properties de la vista.

  

  

   

• Cuando un componente incluye wire bonding (es decir, tiene almohadilla(s) de chip y hilos de conexión conectados a ellas), hay disponibles opciones adicionales Show Bond Wires y Die Pads en el panel Properties para la vista de componente seleccionada colocada para este componente. Use la opción Show Bond Wires para habilitar los gráficos de los hilos de conexión y elegir usar el color de capa (definido mediante el botón de color asociado) o el color de anulación (si se especifica para los hilos de conexión en el lado PCB). Use la opción Die Pads para habilitar los gráficos de las almohadillas de chip y definir su color.

  

Salidas de wire bonding

La información de wire bonding es compatible al generar impresiones de PCB normales. Al configurar las capas y designadores que se imprimirán, puede formar un diagrama de wire bonding.

Un ejemplo de una impresión de PCB configurada como diagrama de wire bonding.

Además, se puede generar un informe de tabla de wire bonding que proporciona información relacionada con las conexiones de los hilos de conexión (en formato CSV). Use la salida Wire Bonding Table Report de la región Assembly Outputs de un archivo Output Job file para agregar una nueva salida de este tipo. Como alternativa, seleccione el comando File » Assembly Outputs » Wire Bonding Table Report en los menús principales del editor PCB para generar el informe directamente desde el editor.

Agregue una nueva salida de informe de tabla de wire bonding al archivo Outjob.

Un ejemplo de un informe de tabla de wire bonding generado

Las entradas de un informe de tabla de wire bonding se ordenan de la siguiente manera:

1. Primero, se enumeran los hilos de conexión que comienzan en primitivas de componentes. Las entradas dentro de este grupo se ordenan alfabéticamente por los designadores de componente y luego por los designadores de pad.

2. Luego, se enumeran los hilos de conexión que comienzan en primitivas libres y terminan en primitivas de componentes. Las entradas dentro de este grupo se ordenan alfabéticamente por nombres y/o designadores de primitivas.

3. Luego, se enumeran los hilos de conexión que comienzan y terminan en primitivas libres. Las entradas dentro de este grupo también se ordenan alfabéticamente.