一、文档背景
导线键合的主要目标是在半导体芯片与其封装之间或多芯片模块内不同芯片之间建立一个安全且低电阻的电气连接。这个过程涉及将一根细线(通常由金、铝或铜制成)从芯片上的键合焊盘(bond pad)键合到封装基板或另一个芯片上的对应焊盘上。
导线键合在基板和芯片之间传输电和信号。这是一种通过微焊接微线来建立芯片接触表面(焊盘)与芯片载体或基板之间的电气连接的技术。它通常被认为是最具成本效益和灵活性的互连技术,并被用于组装大多数的半导体封装。
Altium Designer支持使用导线键合技术设计芯片直接贴装在板上(CoB)技术的混合电路板。这个功能允许创建一个具有定义好的Die Pads的组件,在原理图上放置并通过ECO同步到PCB上,就可以使用键合线将其连接到主板上的常规焊盘(或任何铜区域)。当连接到一个常规焊盘时,该焊盘就具有了键合焊盘的特性。
注意:此功能为25版本新功能,需要使用25版本的安装包,24及以前版本不可用,如需使用此功能需要重新altium.com官网登录AD账号重新下载license文件加到服务器里(网络版)或添加到软件里(单机版),另外线键合功能目前处于公开测试阶段,当在高级设置对话框中启用了PCB.Wirebonding选项并重启软件,该功能才可用。
二、 芯片上的组件Footprint创建
在这里可以定义一个完整的、简单的封装,其中包含已定义的焊盘、键合焊盘和键合导线的Footprint,Die焊盘和Die 3D 主体放置在专用Die组件层对的一层上。这种类型的组件层对可以使用视图配置面板添加。

当将Die焊盘放置在被挤压的3D体上(也放置在Die层上)时,它会自动放置在这个3D主体的总高度上,并且它将被绑定到这个3D主体的高度。在相同位置存在多个3D主体时(例如,当PCB被外壳覆盖时),焊盘可以保持在正确的3D主体表面上。



如果在Die焊盘放置位置有多个3D主体,可以从重叠的3D体中选择需要放置焊盘的3D主体,如下:

将常规焊盘对象放置在铜层上(例如,顶层)。在将键合线连接到它们之后,这些焊盘将被视为键合指焊盘。

键合线放置在专用层上键合组件层,可以在View Configuration面板添加:

使用Place » Bond Wire命令或在浮动工具栏选择图标来放置一条键合线。选择命令后,依次单击要与键合线连接的两个点(例如,Die焊盘的中心点和指焊盘的中心)。这一条直线是键合线在XY平面的投影,在2D中显示。在3D中,焊丝根据其起点和终点的位置和其他属性进行渲染。

2D图

3D图
使用属性面板的“Profile”区域来设置键合线的环高度的值和直径大小,以及定义键合线起点的形状(球或楔形):


如果键合指焊盘的长边需要和键合线平行,可以选择键合线和连接到它们的键合指焊盘,右键单击选择,然后从右键单击菜单中选择Pad Actions » Align Bond Finger with Bond Wire命令。

执行Align Bond Finger with Bond Wire命令后,键合线和指键盘就是平行的状态了,如下所示:

三、在PCB中放置电线粘合剂
使用 Chip-on-Board 方法时,还可以手动放置焊线(与上述相同)以将芯片的管芯焊盘连接到主板上的任何铜上。粘合线将继承其原Die焊盘的网络。多条焊线可以从相同的焊盘发出,反之,多条焊线可以在主板上的相同铜上完成。下面显示了具有线键合功能的PCB的示例。

四、Wire Bonding的设计规则设置
线键合设计规则(布线类别)可以在PCB的约束管理器中定义。规则可以定义相邻键合线之间允许的距离(线到线)、最小键合线长度和最大键合线长度,以及键合指焊盘边缘到与之连接的键合线之间的距离/填充(键合指焊盘)。线键合设计规则由批量DRC支持。

电性规则检查(未布线网络和短路)也适用于焊线。




五、绘图员文件中的电线粘合
绘图器支持在常规电路板组装视图(用于主芯片在电路板上的方法)和组件视图(用于在焊盘内完全定义了焊线'封装'的位置)
(1)在所选电路板装配视图属性面板的层选项卡中点一下左边的小眼睛来启用焊盘和焊线的层,点了之后就可以看到对应的视图了;

(2)当一个组件具有引线键合(即它具有芯片焊盘(s)和连接到它们的键合线)时,额外的键合线和芯片焊盘选项在属性中可用 区域的属性面板,用于为所选组件视图放置此组件。使用这些选项分别启用键合线投影和管芯焊盘的图形。

六、键合线输出
键合线信息在生成常规PCB Prints时可以设置是否显示 。通过配置要打印的层和设计符,可以形成一个引线键合图。

此外,可以生成一个提供有关键合线连接信息的线键合表报告(CSV格式)。使用输出作业文件的装配输出区域中的线键合表报告输出,来添加这种类型的新输出。或者,从PCB编辑器的主菜单中选择“文件 » 装配输出 » 线键合表报告”命令,直接从编辑器生成报告。

表内的入口现在将按照如下方式进行排序:
首先,将列出始于元件基元的键合导线。此组内的入口将首先按照元件位号标识符的字母顺序,然后按照焊盘位号标识符的字母顺序进行排序。
然后,将列出始于自由基元而终于元件基元的键合导线。此组内的入口将按照基元名称和/或位号标识符的字母顺序进行排序。
然后,将列出既始于自由基元亦终于自由基元的键合导线。此组内的入口同样将按照字母顺序进行排序。

五、讨论分析
1. 支持混合板设计:
Altium Designer支持使用线键合技术的混合板设计,特别是芯片直接贴装在板上(CoB)技术。这项功能允许设计师创建具有定义好的Die Pads的组件,并且一旦放置在原理图上,通过ECO同步到PCB,就可以使用Bond Wires连接到主板上的常规焊盘或任何铜区域。
2. 3D视图验证:
Altium Designer的3D视图功能使得设计师可以轻松验证键合线。在3D视图中可视化键合线、芯片die和die引脚以及其他项目部分,简化参数的验证和调整,确保更高的准确性和适配性,同时减少错误并提高整体设计质量。
3. 设计规则检查(DRC):
Altium Designer提供了专门的线键合设计规则,允许定义相邻键合线之间的允许距离(Wire To Wire)、最小键合线长度和最大键合线长度,以及键合手指边缘到键合线之间的距离/填充(Bond Finger Margin)。这些规则通过批量DRC得到支持,确保所有键合连接都符合严格的设计规则,防止错误并确保可制造性。
4. 线键合规格和设计灵活性:
Altium Designer的线键合工具允许高度灵活地配置线键合规格,以满足精确的设计要求。这些能力有助于优化键合,无论是在电气性能还是制造效率方面。设计师可以微调键合线的直径、键合类型和环高,以适应不同的设计需求。
5. 支持多种键合配置:
Altium Designer支持多种键合配置,包括Die到Bond Finger、Die-to-Die、Die到任何铜区域以及铜到铜。这种多功能性允许全面的和灵活的设计配置,以满足多样化的项目需求。
6. 支持多行键合线:
Altium Designer支持具有多行键合线的设计,确保灵活性和可扩展性。这个功能有助于开发详细和高密度的键合线设计。
7. 支持同一Die引脚或键合指焊盘上的多根键合线:
Altium Designer支持将多根线连接到同一Die引脚或键合指焊盘,增加电流承载能力,同时保持一致的键合线厚度。这种能力使你能够在PCB设计中创建更复杂的拓扑结构,增强设计灵活性和效率。
六、结论
线键合技术是一种在半导体封装和电子制造领域广泛使用的互连技术,它通过使用细金属线将半导体芯片的焊盘与外部电路(通常是封装基板或PCB)连接起来,总的来说,Altium Designer的线键合功能提供了强大的设计和验证工具,帮助设计师在电路设计中实现精确的连线控制和信号完整性管理。这些功能对于处理高速和复杂的电路设计尤为重要。