Flip chip

Монтаж кристалла по технологии flip chip
Монтаж кристалла по технологии wire bonding

Flip chip (монтаж методом перевёрнутого чипа) — метод корпусирования интегральных схем, при котором кристалл микросхемы устанавливается на выводы, выполненные непосредственно на его контактных площадках, которые расположены по всей поверхности кристалла микросхемы. Технология flip chip (по сравнения с технологией Wire bonding, соединением проводками) стала настоящим прорывом, позволившим добиться уменьшения габаритов и улучшения характеристик изделий, значительно снизить омическое сопротивление и индуктивность контактных соединений, что существенно при работе на высоких частотах.

Термины

Бамп (bump) — контактная площадка, вынесенная на поверхность кристалла микросхемы.

Ячейка ввода-вывода — элемент микросхемы, осуществляющий передачу входных (выходных) сигналов к схеме и от неё.

Wire bonding — метод корпусирования, при котором контактные площадки, расположенные на периферии кристалла микросхемы, соединяются с выводами корпуса с помощью проволочных проводников.

С точки зрения топологического проектирования

Часть кристалла с бампами, размещенными по всей площади

Включение современных СБИС в электронную аппаратуру производится через ячейки ввода-вывода. Каждая ячейка ввода-вывода соединяется с контактной площадкой (бампом), которые соединяются с внешними выводами корпуса микросхемы. Ячейки ввода-вывода делятся на сигнальные, которые используются для передачи цифровых сигналов, и ячейки земли/питания[1]. При использовании технологии flip chip линии питания кристалла подключается непосредственно к бампам. Поэтому ячейки земли/питания ввода-вывода обеспечивают землю и питание исключительно для сигнальных ячеек. Для того, чтобы осуществить монтаж кристалла по технологии flip chip, необходимо разместить бампы по всей площади кристалла; данная технология позволяет размещать ячейки ввода-вывода не только по периметру кристалла, но и внутри него.

Бампы делятся на сигнальные, бампы земли/питания ядра микросхемы и бампы земли/питания ячеек ввода-вывода. Сигнальные бампы и бампы земли/питания ячеек ввода-вывода подключаются к соответствующим ячейкам ввода-вывода по кратчайшему пути в самых верхних слоях металлизации[2]; бампы земли/питания ядра подключаются к шине питания кристалла. Общее количество бампов ограничено корпусом микросхемы и возможностями трассировки на этапе корпусирования. Количество сигнальных бампов равно количеству сигнальных ячеек ввода-вывода, оставшиеся отводятся под питание.

Преимущества технологии flip chip по сравнению с wire bonding

  1. Более равномерное распределение питания по кристаллу;
  2. Лучший отвод тепла от кристалла;
  3. Большая гибкость в размещении ячеек ввода-вывода по кристаллу;
  4. Меньшая длина межсоединений, а, следовательно, более компактные размеры и более высокая производительность устройств[3].

Реализация

Бампы кристалла спаиваются с контактными площадками корпуса с помощью специальных шариков припоя (Solder ball), которые оплавляются под действием горячего воздуха.

Примечания

  1. ↑ Golshan Khosrow. Physical Design Essentials An ASIC Design Implementation Perspective.—Springer, 2007.—P. 222.
  2. ↑ System Cadence Design. Innovus User Guide. Product Version 16.12.—2016.—P. 1749.
  3. ↑ George Rirely, Introduction to Flip Chip: What, Why, How Flipchips.com October 2000.