¿Qué es el wire bonding de paso fino y por qué importa el paso?
La unión por cable conecta las almohadillas de unión de un dado a un sustrato utilizando un hilo fino; la mecánica general de ese proceso, incluyendo por qué el diámetro del hilo es importante, se trata en nuestroGuía de fijación de troqueles y de unión por hiloLo que ese artículo no cubre eslanzamiento: el espaciamiento de centro a centro entre las almohadillas de conexión adyacentes y por qué reducirlo cambia lo que un diseño puede hacer.
Los procesos estándar de unión por hilo funcionan dentro de un rango de pitch cómodo que se adapta a la mayoría de los diseños. La unión por hilo de pitch fino se refiere a procesos capaces de manejar un espaciamiento de pads significativamente más reducido. Lograrlo no es solo una cuestión de usar un hilo más fino: depende de la precisión de colocación del bonder, de la geometría de la punta del capilar y de ventanas de proceso más estrechas para la temperatura, la presión y la energía ultrasónica. A medida que el pitch se reduce, el margen para el error de colocación se reduce con él, razón por la cual la capacidad de pitch fino se trata como su propio nivel de proceso en lugar de una simple extensión de la unión estándar.
La recompensa práctica esDensidad de E/SUn dado con una huella fija puede alojar más almohadillas de unión —y, por lo tanto, más conexiones eléctricas— si esas almohadillas pueden espaciarse más estrechamente. Para los chips que necesitan sacar más señales, rieles de alimentación o tierras del dado sin aumentar el tamaño del propio dado, la reducción de paso suele ser la única palanca disponible.
¿Su diseño realmente necesita una mayor densidad de E/S?
Varias tendencias están impulsando a que más diseños se orienten hacia recuentos de E/S más altos dentro de la misma huella o de una huella reducida:
Integración funcionalLos sensores, procesadores y componentes de RF o de potencia necesitan cada vez más compartir un solo encapsulado en lugar de estar divididos en encapsulados separados.
Factores de forma con limitaciones de espacioLos dispositivos portátiles, los dispositivos médicos implantables y los módulos industriales compactos dejan poco espacio para encapsulados más grandes, incluso a medida que aumenta la funcionalidad.
Segregación de señal y potenciaLos diseños digitales de alta velocidad a menudo necesitan grupos de pines dedicados para la integridad de la señal, la distribución de energía y la conexión a tierra, lo que multiplica la cantidad de pines sin multiplicar el tamaño del dado.
Expansión de sensores y ATELos sistemas de prueba y medición, y las matrices de sensores multicanal, con frecuencia requieren mucha más E/S por unidad de área que los encapsulados de lógica de propósito general.
Cuando los requisitos de E/S de un diseño superan lo que el wire bonding de paso estándar o un encapsulado de un solo chip pueden admitir, la siguiente decisión de diseño normalmente no es, de forma aislada, “acercar más los hilos de conexión”, sino determinar si es necesario cambiar todo el enfoque de encapsulado.
¿Qué permiten realmente el MCM y el ensamblaje de chips apilados?
El ensamblaje de módulos multichip (MCM) coloca dos o más troqueles —a veces de nodos de proceso diferentes o incluso de fundiciones distintas— en un solo encapsulado, conectados internamente en lugar de a través de encapsulados separados en una PCB.Encapsulado de chips apiladosva más allá al colocar los troqueles en posición vertical, conectados mediante hilos de unión u otros interconectores, en lugar de disponerlos uno al lado del otro.
Estos enfoques resuelven problemas que el solo uso de la unión de alambres de paso fino no puede:
Ahorro de espacioLa apilación o el agrupamiento compacto de chips dentro de una misma huella de encapsulado reduce el área de la placa en comparación con el montaje de múltiples encapsulados discretos.
Integración heterogénea de troquelesEl ensamblaje MCM permite que un diseño combine, por ejemplo, un dado de lógica, un dado de memoria y un dado analógico o de RF en un solo encapsulado, cada uno fabricado con el proceso más adecuado para su función, en lugar de comprometerse con un único nodo de proceso para todo el diseño.
Rutas de interconexión más cortasLas conexiones die-to-die dentro de un encapsulado suelen ser más cortas que las trazas equivalentes a nivel de placa entre encapsulados separados, lo que puede ayudar con la integridad de la señal y la reducción de parásitos en diseños de alta velocidad.
Recuento reducido de piezas a nivel de sistemaLa consolidación de múltiples funciones en un solo paquete puede simplificar el diseño y el ensamblaje de la placa, incluso si el propio módulo es más complejo de fabricar.
Para los ingenieros que evalúan si un diseño necesita este nivel de encapsulado, la pregunta subyacente suele ser si la densidad de E/S, las limitaciones de huella o la heterogeneidad del chip del diseño han superado lo que un encapsulado estándar de un solo chip y paso estándar puede admitir.
¿Qué compensaciones deberías sopesar antes de elegir esta ruta?
El ensamblaje MCM y de chips apilados con wire bonding de paso fino no son opciones predeterminadas: conllevan concesiones reales que deben tenerse en cuenta en una decisión de diseño:
CostoEl ensamblaje de paso fino y de múltiples chips requiere un control de proceso más estricto, equipos especializados y, a menudo, más etapas de inspección, lo que normalmente incrementa el costo unitario en comparación con el empaquetado estándar de un solo chip.
Complejidad del proceso: Manejar múltiples chips en un mismo encapsulado — potencialmente con diferentes alturas, materiales o características térmicas — añade pasos y restricciones que un proceso de un solo chip no tiene.
Sensibilidad del rendimientoDado que varios troqueles se combinan en un solo encapsulado, un defecto en cualquiera de ellos, o una falla de unión a paso fino, puede afectar el rendimiento de todo el módulo en lugar del rendimiento de un solo componente. Este efecto acumulativo es uno de los factores más importantes que se deben modelar desde las primeras etapas de la planificación de costos y confiabilidad de un diseño.
Estos compromisos no son un argumento en contra del empaquetado avanzado a nivel de dado, sino a favor de evaluarlo de manera deliberada, con una comprensión clara de lo que el diseño realmente requiere frente a lo que podría obtener de un empaquetado más sencillo.
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Recursos útiles
•Mejores prácticas para el ensamblaje SMT y BGA de paso fino
•Descripción general del ensamblaje de PCB
•Equipos de ensamblaje
•Glosario de términos
