Wire bonding

L’objectif principal du wire bonding est d’établir une connexion électrique sûre et de faible résistance entre une puce semi-conductrice et son boîtier, ou entre différentes puces au sein d’un module multi-puces. Ce processus consiste à relier un fil fin, généralement en or, en aluminium ou en cuivre, depuis la pastille de connexion sur la puce jusqu’à une pastille correspondante sur le substrat du boîtier ou sur une autre puce.

Le wire bonding transmet l’alimentation et les signaux entre les substrats et les puces. Il s’agit de la technologie de base par laquelle une connexion électrique entre les surfaces de contact de la puce (pads) et le support de puce ou le substrat est établie par micro-soudage de micro-fils. Elle est généralement considérée comme la technologie d’interconnexion la plus économique et la plus flexible, et elle est utilisée pour assembler la plupart des boîtiers de semi-conducteurs.

Altium Designer prend en charge la conception de cartes hybrides avec la technologie chip-on-board (CoB) utilisant le Wire Bonding. Cette fonctionnalité vous permet de créer un composant avec des Die Pads définis et, une fois placé sur un schéma et synchronisé (via ECO) avec le PCB, il peut être raccordé à des pads classiques (ou à n’importe quel cuivre) sur la carte principale à l’aide de Bond Wires. Lorsqu’il est connecté à un pad classique, ce pad prend l’apparence d’un pad Bond Finger.

Création de l’empreinte d’un composant Chip-on-Board

Vous pouvez définir un boîtier complet et simple avec des die pads, des bond finger pads et des bond wires définis, tous faisant partie de l’empreinte du composant.

Les die pads et les corps 3D de die sont placés sur une couche d’une paire de couches de composant dédiée Die. Une paire de couches de composant de ce type peut être ajoutée à l’aide du panneau View Configurations.

Pour en savoir plus sur l’ajout de paires de couches de composant.

Les die pads sont placés sur un corps 3D générique (formats de modèle STEP, SOLIDWORKS Part et Parasolid) ou sur un corps 3D extrudé sur la couche Die (appelé un Die Body).

Placez des objets pad classiques sur une couche de cuivre (par exemple, la Top Layer). Après y avoir connecté des bond wires, ces pads seront considérés comme des bond finger pads.

Dans cet exemple, des pads placés sur la Top Layer autour du die agiront comme des bond finger pads.

Les bond wires sont placés sur une couche d’une paire de couches de composant dédiée Wire Bonding, qui peut également être ajoutée à l’aide du panneau View Configurations.

Utilisez la commande Place » Bond Wire ou l’icône  sur le Active Bar pour placer un bond wire. Après avoir sélectionné la commande, cliquez successivement sur les deux points que vous souhaitez relier par un bond wire (par exemple, le point central d’un die pad et le point central d’un finger pad). Une ligne droite, qui est la projection du bond wire sur le plan XY, sera affichée en 2D. En 3D, le bond wire est rendu en fonction de la position de ses points de départ et d’arrivée et d’autres propriétés.

Utilisez les champs de la région Profile du panneau Properties pour spécifier les valeurs souhaitées du Loop Height et du Diameter d’un bond wire, de son Angle (α) de départ et de son Angle (β) d’arrivée, ainsi que du Type qui définit la forme au point de départ du bond wire (Ball - Wedge ou Wedge - Wedge).

Si les bond finger pads doivent être orientés de sorte qu’un côté plus long d’un pad soit parallèle au bond wire connecté, vous pouvez sélectionner les bond wires et les bond finger pads qui leur sont connectés, cliquer avec le bouton droit sur la sélection, puis choisir la commande Pad Actions » Align Bond Finger with Bond Wire dans le menu contextuel.

Un exemple d’empreinte complète intégrant le wire bonding est présenté ci-dessous.

Placement des wire bonds dans un PCB

Lors de l’utilisation de l’approche Chip-on-Board, vous pouvez également placer manuellement des bond wires (de la même manière que décrite ci-dessus) pour connecter les die pads de la puce à n’importe quel cuivre de la carte principale. Un bond wire héritera du net de son die pad source. Plusieurs bond wires peuvent partir du même die pad et, inversement, plusieurs bond wires peuvent se terminer sur le même cuivre de la carte principale.

Un exemple de PCB intégrant le wire bonding est présenté ci-dessous.

Contrôle de la visibilité des fils de bonding et des plages de puce

Lors de la visualisation d’un PCB ou d’une empreinte en mode de disposition 2D, vous pouvez contrôler la visibilité des fils de bonding à l’aide de l’entrée Bond Wire  (et des contrôles associés) dans la région Object Visibility , sur l’onglet View Options  du panneau View Configuration  ().

Lors de la visualisation d’un PCB ou d’une empreinte en mode de disposition 3D, la visibilité des fils de bonding et des plages de puce est contrôlée dans le cadre de l’option Show 3D Bodies  dans la région General Settings , sur l’onglet View Options  du panneau View Configuration .

Vérifications des règles de conception pour le bonding filaire

Une règle de conception Wire Bonding (catégorie Routing) peut être définie dans la vue All Rules du Constraint Manager lorsqu’il est ouvert depuis un PCB, ainsi que dans la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor (lors de l’utilisation de l’ancienne approche de définition et de gestion des règles de conception). La règle permet de définir des contraintes pour la distance admissible entre des fils de bonding adjacents (Wire To Wire), Min Wire Length et Max Wire Length, ainsi que Bond Finger Margin, qui correspond à la distance/au dégagement entre un fil de bonding et le bord de la pastille bond finger à laquelle il est raccordé. La règle de conception Wire Bonding est prise en charge par le DRC par lot.

Une règle de bonding filaire définie dans le Constraint Manager

Une règle de bonding filaire définie dans la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor

Les vérifications des règles électriques (Un-Routed Net et Short Circuit) s’appliquent également au bonding filaire.

Les objets fil de bonding sont également inclus dans les vérifications de Component Clearance, afin de détecter les violations d’espacement entre les fils de bonding et d’autres objets (hors fils de bonding) dans l’espace 3D.

Exemple de collision détectée entre un fil de bonding et un corps 3D.

Mots-clés de requête pour le bonding filaire

Les mots-clés du langage de requête suivants sont disponibles pour une utilisation dans les expressions logiques de requête lors de la création des portées de règles de conception (à la fois dans le Constraint Manager et dans la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor ), ainsi que lors de la construction d’expressions de requête à utiliser pour le filtrage d’objets dans un PCB ou une bibliothèque PCB :

• IsBondFinger – renvoie une primitive de pastille CMS sur une couche cuivre à laquelle un fil de bonding est connecté.

• IsBondWire – renvoie une primitive de fil de bonding.

• IsBondWireConnected – renvoie toute primitive à laquelle un fil de bonding est connecté.

Bonding filaire dans un document Draftsman

Draftsman prend en charge le bonding filaire dans sa vue d’assemblage de carte standard (pour l’approche principale Chip-on-Board), la vue de fabrication de carte, ainsi que la vue de composant (lorsque le « package » de bonding filaire a été entièrement défini dans l’empreinte).

• Activez les couches pour les plages de puce et les fils de bonding dans l’onglet Layers du panneau Properties de la vue d’assemblage de carte ou de la vue de fabrication de carte sélectionnée pour afficher ces couches dans la vue (ainsi que dans les vues détaillées de carte dérivées, comme illustré ci-dessous).

  

  

   

• Lorsque l’affichage des fils de bonding est activé pour une vue d’assemblage de carte ou une vue de fabrication de carte, vous pouvez choisir d’utiliser la couleur de couche (définie dans l’onglet Layer du panneau Properties) ou la couleur de remplacement (si elle est spécifiée pour les fils de bonding côté PCB) à l’aide de l’option Show Bond Wires dans l’onglet General du panneau Properties de la vue.

  

  

   

• Lorsqu’un composant comporte un bonding filaire (c’est-à-dire qu’il possède une ou plusieurs plages de puce et des fils de bonding qui y sont connectés), des options supplémentaires Show Bond Wires et Die Pads sont disponibles dans le panneau Properties pour la vue de composant sélectionnée placée pour ce composant. Utilisez l’option Show Bond Wires pour activer les graphismes des fils de bonding et choisir d’utiliser la couleur de couche (définie à l’aide du bouton de couleur associé) ou la couleur de remplacement (si elle est spécifiée pour les fils de bonding côté PCB). Utilisez l’option Die Pads pour activer les graphismes des plages de puce et définir leur couleur.

  

Sorties de bonding filaire

Les informations de bonding filaire sont prises en charge lors de la génération des impressions PCB standard. En configurant les couches et les désignateurs à imprimer, vous pouvez créer un schéma de bonding filaire.

Exemple d’une impression PCB configurée comme schéma de bonding filaire.

En outre, un rapport de table de bonding filaire fournissant des informations relatives aux connexions des fils de bonding peut être généré (au format CSV). Utilisez la sortie Wire Bonding Table Report  depuis la région Assembly Outputs d’un fichier Output Job pour ajouter une nouvelle sortie de ce type. Vous pouvez également sélectionner la commande File » Assembly Outputs » Wire Bonding Table Report  dans les menus principaux de l’éditeur PCB pour générer directement le rapport depuis l’éditeur.

Ajoutez une nouvelle sortie de rapport de table de bonding filaire au fichier Outjob.

Exemple d’un rapport de table de bonding filaire généré

Les entrées d’un rapport de table de bonding filaire sont triées comme suit :

1. Tout d’abord, les fils de bonding qui commencent sur des primitives de composant sont listés. Les entrées de ce groupe sont triées par ordre alphabétique selon les désignateurs de composants, puis selon les désignateurs de pastilles.

2. Ensuite, les fils de bonding qui commencent sur des primitives libres et se terminent sur des primitives de composant sont listés. Les entrées de ce groupe sont triées par ordre alphabétique selon les noms et/ou désignateurs des primitives.

3. Ensuite, les fils de bonding qui commencent et se terminent sur des primitives libres sont listés. Les entrées de ce groupe sont également triées par ordre alphabétique.