Nederlands
Menu

Wire bonding versus flip chip: chipverbindingsmethoden vergeleken

Dit zijn de twee belangrijkste manieren om een chip met zijn package te verbinden. Bij wire bonding ligt de chip met de bovenkant omhoog en verbinden dunne metaaldraden de pads aan de rand van de chip met het package. Bij flip chip wordt de chip omgedraaid en worden soldeer- of koperen bumps op het oppervlak rechtstreeks met het substraat verbonden. Wire bonding is goedkoop en flexibel. Flip chip biedt veel meer verbindingen, kortere paden en betere elektrische prestaties.

KenmerkWire bondingFlip chip
VerbindingDunne draden (goud, koper, aluminium; ongeveer 15 tot 50 µm) worden van de chippads naar het package gelastSoldeer- of koperen bumps op het chipoppervlak worden rechtstreeks met het substraat verbonden
Oriëntatie van de chipBovenkant omhoogBovenkant omlaag (omgedraaid)
Positie en aantal I/O'sAlleen pads aan de rand van de chip. Honderden tot ongeveer 1.000 verbindingenBumps over het hele oppervlak (area array). Duizenden verbindingen
Elektrische prestatiesLange draden vergroten inductie en weerstand, wat snelheid en stroomtoevoer beperktKorte paden en lage inductie. Betere signaal- en voedingskwaliteit
WarmteafvoerDe warmte gaat vooral via de achterkant van de chip naar de die attachDe achterkant van de chip kan rechtstreeks met een heat spreader of heatsink worden verbonden
ProcesLangzamer, omdat elke draad na elkaar wordt gebondenAlle bumps worden in één keer gebonden met reflow en er wordt een underfill-hars aangebracht om spanning te verminderen
PackagegrootteGroter. Er is ruimte rond de chip nodig voor de dradenKleiner
KostenLaag. Volwassen, flexibel en de chip hoeft geen bumps te krijgenHoog. Bumpvorming, een fijner substraat en underfill zijn nodig
Belangrijkste toepassingenGeheugens, microcontrollers, analoge IC's, LED's, goedkope productenCPU's, GPU's, SoC's en andere snelle chips met veel pinnen

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Wire bonding
Wanneer het aantal pinnen niet groot is en kosten voorop staan. De meeste microcontrollers, geheugens en analoge onderdelen.
Flip chip
Wanneer duizenden verbindingen, hoge snelheid en veel vermogen nodig zijn. Processors en high-performance chips.
Aanvulling
Flip-chipbumps zijn ook het uitgangspunt van geavanceerde packaging, waarbij gestapelde chips met veel kleinere microbumps worden verbonden.

Veelgestelde vragen

Waarom kan flip chip meer verbindingen bieden?

Omdat de bumps over het hele chipoppervlak kunnen worden geplaatst (area array). Wire bonding kan alleen de pads aan de rand gebruiken, terwijl flip chip duizenden verbindingen levert.

Is wire bonding verouderd?

Nee. Het is goedkoop, flexibel en volwassen en wordt nog steeds gebruikt voor de meeste microcontrollers, geheugens en analoge IC's.

Wat is underfill?

Een hars die in de ruimte tussen de flip chip en het substraat wordt aangebracht. Hij vermindert de spanning op de bumpverbindingen door verschillen in thermische uitzetting.

Welke heeft betere elektrische prestaties?

Flip chip, door de korte verbindingen en lage inductie. Lange bonddraden beperken de snelheid en de stroomtoevoer.

Test uw begrip

Welke uitleg over draadbonden (wire bonding) is juist?

  1. AEen methode waarbij de elektrodepads van de chip met dunne metaaldraden worden verbonden met het leadframe of het substraat
  2. BEen methode waarbij de chip wordt omgedraaid en via bumps rechtstreeks met het substraat wordt verbonden
  3. CEen methode waarbij de chip met hars wordt ingekapseld
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Een methode waarbij de elektrodepads van de chip met dunne metaaldraden worden verbonden met het leadframe of het substraat

Draadbonden is een methode waarbij de elektrodepads van de chip met dunne draden van onder meer goud, koper of aluminium worden verbonden met de aansluitingen van het leadframe of substraat. De metalen worden verbonden door onder verwarming tot ongeveer 150 tot 200 °C druk en ultrageluid toe te passen. Omdat de apparatuur goedkoop is en flexibele bedrading mogelijk maakt, is het qua productieaantallen nog steeds de meest gebruikte verbindingsmethode. De chip omdraaien en via bumps verbinden is flip-chip, en met hars omhullen is molding (inkapseling).

Welke uitleg over flip-chipmontage is juist?

  1. AEen methode waarbij de chip zonder inkapseling met hars wordt geleverd
  2. BEen methode waarbij de schakelingzijde van de chip naar beneden wijst en via bumps rechtstreeks met het substraat is verbonden
  3. CEen methode waarbij de chip loodrecht op het substraat wordt gemonteerd
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Een methode waarbij de schakelingzijde van de chip naar beneden wijst en via bumps rechtstreeks met het substraat is verbonden

Flip-chip is een methode waarbij de chip omgekeerd via bumps van soldeer of koperen pilaren op de schakelingzijde met het substraat wordt verbonden. Omdat de verbinding korter is dan bij draden, is de inductantie klein, wat gunstig is voor snelle signalen en voedingstoevoer, en omdat aansluitingen over het hele chipoppervlak kunnen worden geplaatst, is ook een groot aantal van duizenden aansluitingen mogelijk. De oorsprong is C4, in de jaren zestig door IBM ontwikkeld. Het heeft niets te maken met levering zonder inkapseling of verticale montage.

Wat is het belangrijkste doel van het vullen van de ruimte tussen chip en substraat met underfill-hars bij flip-chipmontage?

  1. AVoorkomen dat spanning door het verschil in thermische uitzetting tussen chip en substraat zich op de bumps concentreert en de betrouwbaarheid van de verbinding verhogen
  2. BDe chip laten oplichten
  3. CDe warmteafvoer van de chip belemmeren
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Voorkomen dat spanning door het verschil in thermische uitzetting tussen chip en substraat zich op de bumps concentreert en de betrouwbaarheid van de verbinding verhogen

De thermische uitzettingscoëfficiënt van silicium is ongeveer 3 ppm/K en die van een organisch substraat ongeveer 15 tot 17 ppm/K, een groot verschil, zodat de kleine bumps bij elke temperatuurwisseling herhaaldelijk worden belast en door vermoeiing kunnen breken. Als de ruimte tussen chip en substraat met underfill-hars wordt gevuld, vormen chip en substraat één geheel, wordt de spanning over alle bumps verdeeld en wordt de levensduur van de verbinding sterk verlengd. Gewoonlijk wordt de hars door capillaire werking in de ruimte gebracht.

  1. Welke eigenschap van een BGA-behuizing (ball grid array) is juist?
  2. Wat is het belangrijkste voordeel van het gebruik van koperen pilaren (Cu-pillars) in plaats van soldeerballen bij flip-chipverbindingen?
  3. Hoe heten de veel kleinere bumps dan gewone soldeerballen die worden gebruikt voor de verbinding tussen met TSV's gestapelde chips of tussen chip en interposer?

Oefenvragen over Packaging en montage

Belangrijke termen uitgelegd

Wirebonden (wire bonding)
Verbindingsmethode waarbij de elektrodepads van de chip met dunne metaaldraden van goud of koper worden verbonden met het leadframe of het substraat.
Flip-chip
Verpakkingsmethode waarbij het circuitoppervlak van de chip naar beneden wijst en via bumps rechtstreeks met het substraat wordt verbonden. Korte verbindingen en geschikt voor veel pinnen.
BGA
Ball grid array. Package voor veel pennen met soldeerballetjes in een raster aan de onderkant.
Microbump
Veel kleinere bump dan een gewoon soldeerballetje, gebruikt voor de verbinding tussen met TSV gestapelde chips of tussen chip en interposer. De pitch is enkele tientallen µm.

Verwante vergelijkingen