绑定工艺和PCB设计.doc

用于COB工艺的PCB设计指导1. 目标 此文给那些正试着用裸芯片来代替表贴集成电路的PCB设计者提供了指导方针。首先，这样的转变从根本 即：用了裸芯片组装的线路板的总成本要比只用传统表贴元器件的线路板低。用尽可能小形体尺寸加工PCB板可确保实际的高产量。线路板上的芯片管脚所占的面积就是最小形体尺寸，因此，这里着重讲述进行COB封装时基板的布线要求。 对于电连接的设计 National公司要求 150/150 m的线路宽度和间距，至少2层板，过孔的最小直径是350m，过孔盘径要400m。这些要求对于用传统技术制造PCB板的制造者来说是非常符合实际的。2.方法此文以两个集成IC为例，把与从SMT的PCB设计技术转换到COB的PCB设计技术相关的问题作了基本阐述。但是，对于PCB设计者来说必须从PCB制造者和装配者处得到准确的布线规则以确保达到令人满意的效果。3. COB 芯片产品中最容易利用的形式就是裸芯片。由于这些裸芯片通过引线键合到引线框或者内部基板上，因此他们跟那些大量用于单芯片封装的芯片是一样的。用引线键合使芯片直接粘贴到PCB板上的技术称作COB。COB是目前市场上最成熟应用最广泛的技术，具备如下特点： 裸芯片可以和其他封装过的芯片，分立器件或者无源器件一同直接粘贴到内部基板或者PCB上。 用导电或者不导电的环氧胶可使芯片固定在基板上。 通过引线键合可以使芯片与基板电连接。可以用保护壳密封。 对于低成本COB技术，基板通常采用FR-4材料（玻璃纤维增强的环氧树脂）。推荐使用无电镀的镍/金进行表面金属化，因它能完全覆盖在金属焊盘的表面和四周，并且能够支持多种如同混合SMT/COB技术的电连接方法。 目前，对于裸芯片来说，最普遍的低成本 COB电连接技术就是引线键合。这种技术就是利用IC上标准焊盘金属化和表面钝化实现的。芯片的I/O端设计在器件外围。键合面的准确位置和尺寸连同表面冶金以供应商提供的芯片产品手册为准。COB的键合技术包括在高温下的热超声键合（金丝球焊）和常温下的超声波键合（铝劈刀焊接）。金丝球焊是高产量，高强度的技术，它能用于精细间距焊盘的焊接。它需要高温来进行可*地焊接。此过程必须考虑配置条件、引线直径、引线长度、冶金和表面条件等。 铝劈刀键合可在室温下进行，利用成本到较低的键合强度和较低的产量。键合过程中还需要考虑的就是引线键合的角度以及当用劈刀键合时向前当既有引线焊接连接方法又涉及利用再流焊实现电连接的表贴技术时，考虑好装配次序是很重要的。封装时推荐的方法就是在装配和键合COB器件之前对表贴元器件进行装配并再流焊。值得注意的是如果表贴元器件非常*近裸芯片，那么表贴元器件的高度就会影响到引线键合的操作。通常情况下，间距应该是高度的2倍。在封装过程中，PCB设计者可查看设计规则。4. 基板对于低成本的装配板来说，基板技术所采用的材料几乎就属环氧玻璃钢板，例如FR4，就是用于表贴IC以及裸芯片粘贴中可供选择的材料。依据基板材料，线路板的磨光等方面权衡来实现COB，这些在布线之前就应该考虑清楚的事情本文也略加叙述。5. 布线用于金丝球焊接的金线直径介于20m 33m之间。与此相关球的直径应该是2.5到5倍的引线直径，但是对于密间距的小球焊接来说，球体直径可以是1.5-5倍；对于大的键合盘焊接，可以是3-4倍。指状焊片的引脚被做成基板上的焊接区（指状焊片的管脚是以焊盘的形式制造在基板上的），恰好在芯片边缘外，并且与基板上的电路相连。如图1所示电源环和地环也包括在管脚中。图2表明管脚和芯片间的关系，其中包括一个地环和一个电源环。有的芯片要有几条地环和电源环，除了个别的电源和地线焊接点以外，这些环还应覆盖阻焊剂以避免下垂的引线和这些环相连，造成短路。Table 1: Nomenclature for figure 4.指状焊片的尺寸应该与典型的劈刀键合的焊盘尺寸或者新月形焊盘的尺寸相一致。最坏的情况也就是算上焊接工具的精准度。典型的劈刀键合如图 5所示。例如，如果引线的直径是25m，焊盘的宽度应低于62.5m，其长度应低于125m 。装配工厂会提出更严格的设计规则，设计者应该事先参考这些规则。实际上，把指状焊片设计成足够几个焊盘点的长度是一个很好的习惯，这样以便于在清洁的、可焊接的表面上对这样的地点做一些返工。对于劈刀键合，焊盘的长轴应该与指定的键合线路径一致。 此贴被yingaochina在2009-02-17 22:51重新编辑 描述：Figure 1: Three bond fingers on a substrate, with 图片： 描述：Figure 2: Bonding wire extends from I/O pad on die to interconnecting pad on substrate. The substrate bond fingers are aligned in a one to one ratio with the signal I/O pads on the die, assuming power and ground pads are connected to the rings only. The substrate footprint pads must follow the design rules for the lines and spaces on the PCB. Power and ground rings may be added within the substrate bonding pad ring.图片： 描述：Figure 3: Photo showing chip (on left) and wires connecting to bond fingers on substrate (right side of picture.) 图片： 描述：Figure 4: Bond Finger Design rule layout showing critical dimensions. Typical bondfinger length is 0.6 - 0.8 mm图片： 描述：Drawing source: Infineon. 图片： 描述：Figure 5: Outline view of an aluminum wedge bond showing allowable dimensions of the wedge. These dimensions provide a “rule of thumb” for the minimum size of the bonding pad for ultrasonic bonding of aluminum wire on the PCB. Note, however, that advances in ultrasonic systems have made it possible to produce a high-strength wedge bond that is only 2-3 m wider than the wire diameter, resulting in finer pitch capabilities. 图片： 描述：Figure 6: Drawing showing wedge bonding operation on the second bond, at the substrate bond finger. 图片： 描述：Figure 7: Tail or crescent bond is the shape of the thermosonic bond on the substrate (ball bond is on dimensions are shown in the box to the right of the figure. Again, these the die side). The allowable dimensions provide a guideline for the minimum size of the bonding pad for thermosonic bonding of gold wire on the PCB. 月牙形焊接（热超声焊的末端）的尺寸和形状直接与引线直径和毛细管的几何形状有关。由于硅的收缩和更密集的引线键合间距（对焊接工具来说，这就要求越来越小的毛细管），在刀口和焊接工具的毛细管之间要有足够的平面尺寸来保证高可*性的键合。焊接工具的外观如图所示图片： 描述：Figure 8: Drawing showing one complete thermosonic bond. The wire is threaded through the capillary within the bonding tool and the tool tip from the capillary to the outer edge is applied to make the tail (or crescent) bond (see figure 5). 图片： 描述：7. 指状焊片间距 指状焊片间的间距应该足够大以避免相邻的两条引线相连而短路。引线的长度应该小于5mm来避免过分的下垂和“摆动”。在实际操作中，最大值为 100D（ D 是引线直径）的纵横比可以获得较高的产出。键合线的长度在芯片和基板之间的间距转换中是一个限制因素。图9表明了不同引线长度下芯片尺寸和管脚尺寸的关系。Figure 9: Wirebond footprint area is a function of bond wire length. The maximum length of the wire is limited by the sag and “sweep” of the wire. These are a function of the length and diameter of the bonding wire. 图片： 描述：为了获得高产量的PCB板，指状焊片的尺寸和间距应该符合PCB制造商的标准设计要求。如果管芯之间的间距比PCB设计规则中规定的小，指状焊片可以成放射状排列在基板上，这样，PCB上的间距就会从各端的中心向外散开。为了增加管脚面积对芯片面积比率，折衷的办法就是键合线长度对装配 PCB效率的影响。如图10所示。参看附录A键合线长度的计算。Figure 10: Drawing of 150 m pitch die with fanout to 300 m pitch bondfinger on the PCB. The drawing shows only one side of the wirebonds in place. The 300 m pitch on the PCB allows the design to stay above the minimum line and space fabrication design rules for low cost PCBs. Assuming a wire diameter of 25 m, the wire length is also well within the optimum length of 100 x diameter of the wire. Note that in this example, all bondwires are designed to be the same length. (The length is the jection of the bond wire onto pro the plane of the PCB surface).图片： 描述：芯片上硅的收缩和超密间距会使引线长度明显增加。Figure 11: A die with very challenging feature sizes may still be accommodated by wi