Wire Bonding vs. Flip Chip: Chip-Verbindungstechniken im Vergleich

Dies sind die beiden wichtigsten Arten, einen Chip mit seinem Gehäuse zu verbinden. Beim Wire Bonding sitzt der Chip mit der Vorderseite nach oben, und dünne Metalldrähte verbinden seine Randpads mit dem Gehäuse. Beim Flip Chip wird der Chip mit der Vorderseite nach unten gedreht, und Lot- oder Kupfer-Bumps auf seiner Oberfläche verbinden ihn direkt mit dem Substrat. Wire Bonding ist günstig und flexibel; Flip Chip erlaubt viel mehr Verbindungen, kürzere Wege und bessere elektrische Eigenschaften.

Aspekt	Wire Bonding	Flip Chip
Verbindung	Dünne Drähte (Gold, Kupfer oder Aluminium, etwa 15 bis 50 µm), von den Chip-Pads zum Gehäuse geschweißt	Bumps aus Lot oder Kupfer auf der Chipoberfläche, direkt mit dem Substrat verbunden
Chiporientierung	Vorderseite oben	Vorderseite unten
Lage und Anzahl der E/A	Nur Pads am Chiprand; Hunderte bis etwa tausend Verbindungen	Bumps über die gesamte Fläche (Area Array); Tausende von Verbindungen
Elektrische Eigenschaften	Lange Drähte erhöhen Induktivität und Widerstand und begrenzen Geschwindigkeit und Stromversorgung	Kurze Wege ergeben niedrige Induktivität und bessere Signal- und Versorgungsintegrität
Wärmepfad	Die Wärme verlässt den Chip hauptsächlich über die Rückseite in den Die-Attach	Die Chiprückseite kann direkt einen Wärmeverteiler oder Kühlkörper berühren
Prozess	Jeder Draht wird nacheinander gebondet, was langsamer ist	Alle Bumps werden gleichzeitig per Reflow verbunden, und Underfill-Harz wird zum Spannungsabbau eingefüllt
Gehäusegröße	Größer: Um den Chip wird Platz für die Drähte benötigt	Kleiner
Kosten	Niedrig: ausgereift, flexibel und ohne Bumping des Chips	Höher: Bumping, ein feineres Substrat und Underfill sind nötig
Typische Anwendungen	Speicher, Mikrocontroller, Analogchips, LEDs und kostengünstige Produkte	CPUs, GPUs, SoCs und andere schnelle Chips mit vielen Anschlüssen

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

Wire Bonding: Wenn die Pinzahl moderat ist und die Kosten am wichtigsten sind: die meisten Mikrocontroller, Speicher und Analogbauteile.
Flip Chip: Wenn Tausende von Verbindungen, hohe Geschwindigkeit oder hohe Leistung gefordert sind: Prozessoren und Hochleistungschips.
Hinweis: Flip-Chip-Bumps sind auch der Ausgangspunkt des Advanced Packaging, wo wesentlich kleinere Mikro-Bumps gestapelte Chips verbinden.

FAQ

Warum erlaubt Flip Chip mehr Verbindungen?

Bumps können über die gesamte Chipfläche verteilt werden (Area Array), während Wire Bonding nur Pads am Chiprand nutzt; Flip Chip kann daher Tausende von Verbindungen bieten.

Ist Wire Bonding veraltet?

Nein. Es ist günstig, flexibel und ausgereift und wird weiterhin für die meisten Mikrocontroller, Speicher und Analogchips verwendet.

Was ist Underfill?

Ein Harz, das zwischen Flip Chip und Substrat eingefüllt wird, um die Belastung der Bump-Verbindungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung abzubauen.

Welches Verfahren hat die besseren elektrischen Eigenschaften?

Flip Chip, weil seine Verbindungen kurz sind und eine niedrige Induktivität haben. Lange Bonddrähte begrenzen Geschwindigkeit und Stromversorgung.

Wichtige Begriffe erklärt

Drahtbonden (Wire Bonding): Ein Verfahren, bei dem die Bondpads des Chips mit dünnen Drähten aus Gold, Kupfer oder ähnlichen Metallen mit einem Leadframe oder Substrat verbunden werden.
Flip-Chip-Montage: Ein Montageverfahren, bei dem der Chip mit der Vorderseite nach unten platziert und über Bumps direkt mit dem Substrat verbunden wird. Die kurzen Verbindungen eignen sich für hohe Anschlusszahlen.
BGA (Kugelgitteranordnung): Ball Grid Array. Ein Gehäuse mit hoher Anschlusszahl, bei dem Lotkugeln gitterförmig auf der Unterseite angeordnet sind.
Mikrobump: Ein Bump, der weit kleiner ist als eine gewöhnliche Lotkugel und zum Verbinden von TSV-gestapelten Chips oder von Chips mit einem Interposer dient. Der Rasterabstand beträgt einige zehn Mikrometer.