와이어 본딩은 미세한 전선을 통해 면이 위로 향한 다이의 패드를 리드프레임이나 기판에 연결합니다. 플립칩은 범프나 필러를 통해 면이 아래로 향한 다이를 연결합니다. 어떤 방식을 선택하느냐에 따라 전기 배선, 패키지 구조, 조립 공정 및 비용이 달라지지만, 모든 장치에 최적의 선택은 아닙니다.
실질적인 문제는 특정 상호 연결 방식이 허용 가능한 제조 비용으로 제품의 전기적, 기계적 및 신뢰성 요구 사항을 충족할 수 있는지 여부입니다. 이러한 결정은 다이 및 패키지 설계에서 시작됩니다.
그림 1. 일반적인 와이어 본딩 및 플립칩 구조. 단순화된 단면도이며, 캡슐화는 생략되었습니다.
플립칩 및 와이어 본딩 개요
| 고려 사항 | 와이어 본딩 | 플립칩 |
|---|---|---|
| 다이 방향 | 활성 표면은 일반적으로 위쪽을 향합니다. | 활성면이 수용 기판을 향하고 있습니다. |
| 상호 연결 | 다이 패드와 패키지 단자 사이의 가는 전선 | 다이와 기판 패드 사이의 돌출부 또는 기둥 |
| 패드 배열 | 일반적으로 다이 주변부 근처에서 | 주변부 또는 영역 배열 연결 |
| 전기 경로 | 전선 길이, 루프 형상 및 배선 경로에 따라 다릅니다. | 짧은 수직 연결은 상호 연결 기생 효과를 줄일 수 있습니다. |
| 다이 준비 | 호환 가능한 본드 패드 및 금속 재질 | 호환 가능한 범프 또는 필러 구조 |
| 의회 관련 사항 | 접합 품질, 루프 간극, 와이어 스윕 및 패드 손상 | 정렬, 평면성, 접합부 형성 및 뒤틀림 |
| 열 성능 | 전체 패키지와 냉각 경로에 따라 다릅니다. | 전체 패키지와 냉각 경로에 따라 다릅니다. |
| 원가 기준 | 다이 접착, 와이어 본딩, 재료, 검사 및 수율 | 범핑, 기판, 접착, 필요한 경우 언더필, 검사 및 수율 |
이러한 차이점은 공통적인 구조를 설명합니다. 특정 패키지의 세부 사항은 추가 확인이 필요합니다.
조립 공정에서 어떤 변화가 있습니까?
와이어 본딩은 다이 접착과 전기적 연결을 분리합니다.
일반적인 와이어 본딩 조립에서 다이는 먼저 캐리어에 부착됩니다. 와이어 본더 그런 다음 다이 패드를 패키지 단자에 연결합니다.
금, 구리, 알루미늄 및 은 합금 와이어는 사용 가능한 재료 중 일부입니다. 재료 선택은 패드 금속 재질, 패키지 요구 사항, 장비 성능 및 검증된 공정에 따라 달라집니다.
실용적인 공정은 접합 위치뿐만 아니라 루프 모양, 와이어 간격, 접합 강도 및 후속 캡슐화 단계와의 상호 작용 등 여러 요소를 제어해야 합니다.
제품 변경에는 다른 툴링, 와이어 설정, 루프 프로그램 또는 재료 검증이 필요할 수 있습니다. 프로그램 변경만으로는 새로운 어셈블리가 생산 준비가 완료되었다고 볼 수 없습니다.
플립칩은 전기 인터페이스를 다이 아래로 이동시킵니다.
플립칩 조립 방식에서 상호 연결선은 다이의 활성 표면과 수신 기판 사이에 위치합니다.
사용되는 기술에 따라 조립 과정에는 배치 후 리플로우, 열압착 접합 또는 기타 인증된 접합 공정이 포함될 수 있습니다. 언더필 또는 관련 재료 또한 패키지 구성에 포함될 수 있습니다.
에이 플립칩본더 요구되는 조립 경로에 따라 평가해야 합니다. 정확한 위치 선정만으로는 전체 공정이 안정적인 접합부를 형성할 수 있음을 보장할 수 없습니다.
장비를 선택하기 전에 범프 다이를 누가 공급하는지, 접합부는 어떻게 형성될지, 그리고 생산 라인의 다른 곳에서 어떤 후속 작업이 수행될지 파악해야 합니다.
전기적 성능: 짧은 연결 길이가 도움이 되는 이유
본드 와이어는 길이, 모양, 간격 및 주변 패키지와의 관계에 따라 전기적 영향을 미칩니다.
플립칩 연결은 다이와 기판 사이의 경로를 단축할 수 있습니다. 이는 상호 연결 인덕턴스, 전력 공급 또는 배선 밀도가 설계에 제약을 줄 때 도움이 될 수 있습니다.
하지만 연결 길이가 짧다고 해서 시스템 성능이 자동으로 향상되는 것은 아닙니다. 기판 라우팅, 리턴 경로, 전력 분배 및 패키지 전환은 여전히 중요한 요소입니다.
두 구조를 동일한 요구 사항에 비추어 비교하십시오.
신호 주파수 및 상승 시간.
허용 손실 및 결합.
전력 및 접지 배전.
현재 요구 사항.
패키지 라우팅 제약 조건.
패키지와 상호 연결 설계가 적절하게 이루어진다면, 와이어 본딩은 여전히 많은 고성능 제품에 적용 가능한 선택지입니다. 어떤 기술이 더 발전했는지에 대한 일반적인 가정보다는 전기적 모델을 기반으로 비교해야 합니다.
I/O 밀도: 보편적인 스위칭 임계값을 피하십시오
와이어 본딩은 일반적으로 다이 주변부의 패드에 접근합니다. 연결 수가 증가함에 따라 패드 피치, 와이어 간격 및 패키지 라우팅과 관련된 제약 조건이 발생할 수 있습니다.
플립칩은 다이 표면의 더 넓은 영역에 연결을 분산시킬 수 있습니다. 이를 통해 고밀도 신호 및 전원 연결을 위한 추가적인 라우팅 기회를 제공합니다.
모든 제품이 반드시 기술을 전환해야 하는 단일한 I/O 개수 기준은 없습니다. 실현 가능성은 다이 크기, 패드 배열, 조립 능력 및 라우팅 규칙에 따라 달라집니다.
플립칩을 I/O 문제 해결책으로 고려하기 전에, 다이 레이아웃과 기판이 제안된 상호 연결 방식을 지원하는지 확인해야 합니다. 다른 연결 방식을 사용할 경우 패키지 및 인증 계획을 변경해야 할 수도 있습니다.
열 성능: 전체 열 전달 경로를 따라가세요
어느 방식에 고정된 열적 이점이 있다고 단정짓는 것은 오해의 소지가 있습니다.
일반적인 와이어 본딩 패키지에서 열은 다이 뒷면에서 다이 접착 재료를 통해 리드프레임, 노출된 패드 또는 기판으로 전달될 수 있습니다. 이러한 열 전달 경로의 효율성은 패키지 자체와 보드 또는 냉각 시스템과의 연결 상태에 따라 달라집니다.
플립칩 구조는 노출된 다이 뒷면을 통해 냉각을 가능하게 할 수 있습니다. 또한 열은 상호 연결부와 기판 구조를 통해서도 전달될 수 있습니다.
의미 있는 비교를 통해 다음을 확인할 수 있습니다.
열이 발생하는 곳.
냉각 시스템에 연결되는 표면은 무엇입니까?
전체 조립체의 열 저항.
관련 전력 순환 및 온도 조건.
재료와 관련된 기계적 응력.
패키지 단면과 정의된 냉각 조건은 특정 접합 방식이 더 시원하게 작동한다는 막연한 주장보다 더 유용한 정보를 제공합니다.
어떤 방법이 비용이 덜 드나요?
다이에 호환 가능한 패드가 이미 있고, 패키지가 확립되어 있으며, 조립 용량이 확보된 경우 와이어 본딩은 경제적인 방법이 될 수 있습니다.
플립칩은 범핑, 다양한 기판 사용, 더욱 엄격한 정렬 요구 사항, 추가 재료 또는 검사 단계 등을 유발할 수 있습니다. 이러한 비용은 패키지 크기 및 배선 등 다른 부분에서의 절감 가능성과 비교하여 신중하게 고려해야 합니다.
보증업체의 구매 가격이 아닌 승인된 패키지당 비용을 비교하십시오.
| 비용 영역 | 해결해야 할 질문들 |
|---|---|
| 다이 준비 | 웨이퍼 레벨의 추가 공정이 필요한가요? |
| 포장재 | 어떤 기판, 리드프레임 및 상호 연결 재료가 필요합니까? |
| 집회 | 어떤 기계와 공정 단계가 필요합니까? |
| 점검 | 관련 관절은 어떻게 평가될까요? |
| 생산하다 | 조립 과정에서 손실이 발생할 수 있는 곳은 어디인가요? |
| 자격 | 어떤 테스트 및 엔지니어링 작업이 필요합니까? |
| 제품 변경 | 금형이나 패키지가 수정되면 어떤 점이 달라지나요? |
기존 제품의 경우, 대안 공정이 개별적으로는 매력적으로 보이더라도 전환 비용은 상당할 수 있습니다.
신뢰성은 시공 방식에 달려 있습니다.
와이어 본딩 품질 검사에서는 본드 들뜸, 힐 크랙킹, 패드 손상, 부식 및 캡슐화 과정 중 와이어 움직임 등을 검사할 수 있습니다.
플립칩 품질 검사에서는 접합부 피로, 계면 파손, 언더필 현상, 기포 발생 및 뒤틀림을 검사할 수 있습니다.
두 목록 모두 어떤 기술이 본질적으로 더 신뢰할 수 있는지를 규정하지 않습니다. 재료, 구조, 공정 제어 및 운영 환경이 관련 위험을 결정합니다.
제품의 품질 인증 계획에는 온도 변화, 습기 노출, 기계적 하중 및 전력 소모를 고려해야 합니다.
그림 2. 조립 공정을 선택하기 전에 동일한 제품 요구 사항에 대한 포장 옵션을 비교하십시오.
실용적인 선택 순서
쉽게 변경할 수 없는 제약 조건부터 시작하세요.
다이에 와이어 본딩 패드만 제공되는 경우, 플립칩 변환에 추가 개발이 필요할 수 있습니다. 고밀도 상호 연결 라우팅이 필수적인 경우, 와이어 본딩 방식은 더 크거나 완전히 다른 형태의 패키지를 필요로 할 수 있습니다.
그런 다음 전기 분석, 열 설계, 조립 시험 및 인증 계획을 통해 나머지 옵션을 비교합니다.
본딩 장비 요구사항을 검토할 때 유용한 출발점은 다이 레이아웃, 인터커넥트 구조, 기판, 본딩 공정 및 생산 목표입니다. 이러한 세부 정보는 필요한 장비와 지원 공정을 결정하는 데 도움이 됩니다.
자주 묻는 질문
플립칩은 BGA와 같은 건가요?
아니요. 플립칩은 다이와 이를 수용하는 기판 사이의 연결 방식을 나타냅니다. BGA는 외부 패키지 연결 형식을 나타냅니다. BGA 패키지는 와이어 본딩된 다이 또는 플립칩 다이를 포함할 수 있습니다.
와이어 본딩 다이를 플립칩으로 직접 변환할 수 있습니까?
자동으로 되는 것은 아닙니다. 패드 금속 재질, 범핑, 레이아웃, 기판 설계 및 패키지 검증을 평가해야 합니다.
플립칩은 항상 언더필이 필요한가요?
언더필 요구 사항은 패키지 구조, 재료 및 신뢰성 목표에 따라 달라집니다. 적격 조립 흐름을 확인하십시오.
하나의 패키지에 두 가지 기술을 모두 포함할 수 있나요?
예. 하이브리드 및 적층 구조는 플립칩과 와이어 본딩 상호 연결을 결합할 수 있습니다.
접합 장비를 구매하기 전에 무엇을 결정해야 할까요?
조립 공정, 다이 및 기판 형식, 재료, 정렬 요구 사항, 온도 및 힘 요구 사항, 취급 방법 및 합격 기준을 정의합니다.
