前段时间在写IMC的过程中，在一篇论文中看到了一个关于焊丝直径和Free Air Ball搭配关系的结论，该文章中介绍，当Free Air Ball直径为焊丝直径的2倍时，为最佳搭配。
为什么今天突然说到这个话题，三年前刚涉足封装设计领域时，遇到的第一个问题就是，25um的金丝，需要做多大的BPO？这个看似不难的问题，当初还真把我问愣了。虽然说做了多年的WB，当时也算是比较专业了，但我们作为应用端，通常都是根据已知的线径、BPO、BPP去选择合适的劈刀去加工，现在反向操作，看似简单的问题又该如何建议？
作为封装工程师，当然是希望BPO越大越好，而芯片设计工程师，这玩意寸土寸金，则希望越小越好。但如何去进行平衡呢？业界有没有一个最佳的推荐值？
首先我们先接着上文聊聊最佳FAB与球径的关系。下图是之前一专业搞WB的朋友发我的一张FAB球径与off center ball之间的关系；从图中数据可以提取出如下结论：
当FAB等于线径(WD)两倍时为最佳，即X1:X2趋近于1:1；
线径越小，越容易出现off center ball；
按照以往工作经验，通常将X1:X2>2:1的球形称为off center ball，因此当线径>0.8mil时，球径建议做到1.6WD~2.0WD之间，当线径降至0.6mil时，该范围则缩小至1.7WD~2.0WD。
最佳球径范围有了，我们则可根据以下SPT公司提供的公式计算出最佳Ball Size。(此处插播一条个人广告：有需要劈刀的朋友，请加大骚扰力度)
图中公式有了，但引入了多个劈刀参量，分别是H、CD、CA、MBD(也就是Ball Size)、MBH(也就是Ball Thickness)。当我们的线径和FAB直径确定后，这些参量SPT都给出了最佳参考值：
H：最佳值为线径的1.4倍，最小可到1.2倍；太小的话做looping时容易放线不畅，太大线会在孔内摆，造成looping不稳；因此线弧较密集的产品H常取1.2WD或1.3WD；
CD：我们再做WB工艺的时候，都知道FAB=CD；这是因为在此尺寸搭配下，CD的斜边在bonding时更容易将FAB抓牢，以避免滑球造成的球形异常；
CA：主要作用在于上文提到的抓牢FAB球，以及影响球工艺端球成型以及能量输出，本文旨在讨论如何定义BPO，暂不细聊工艺。常见的CA有70°、90°、120°，其中最90°最常规，70°是做小球的，120°是做大球的；
MBD与MBH：球径与球厚，此处以前老东家有个通过DOE验证得出的经验公式，即MBH/MBD=0.18~0.3，通常多取0.25作为参考值。在这个比例下，容易得到较为平整的球底面，对于改善裂纹，得到均匀的IMC等较为重要。
通过以上经验公式计算，则可得到最佳的Ball Size大小；而Ball Size+挤铝大小+设备X/Y精度，则可计算出最理想的BPO大小。
下面我们利用该思路，以20um线径为例计算其推荐BPO值。
首先我们先定义FAB大小，1.6WD~2.0WD，若芯片预留面积很充分，直接选2.0即可，若要取最佳性价比，可取中间值1.8WD，此时X1:X2约在1.5左右，对于工艺调试来说还是比较容易实现的；以上两种选择是在对封装厂工艺能力没有很好的把握的情况下选取，若对代工厂能力有很强的认知，选择1.6WD也未尝不可，这里我们以1.8WD为例，也就是FAB做到36um；
FAB尺寸定义好后我们则可计算出CD，通常我习惯取FAB=CD+1um，之所以稍大于CD主要是考虑到设备烧球尺寸的公差，避免出现小于CD的FAB球，因此CD取35um；
H尺寸取1.4WD，即28um；CA取最常规的90°；MBH/MBD取0.25；均为推荐值。
由此根据上述公式则可计算出MBD约等于44um；
关于挤铝，若本公司产品有以往的加工经验，则可直接借鉴，若无加工经验，则可将挤铝大小定义为Ball Size每边增加2~3um；之所以选择2~3um，是因为常规情况下，对于WB工艺来讲，每边多出2~3um的挤铝在调试难度以及外观品质方面是较为均衡的存在；我们这里直接取3um；
设备公差指的主要是X/Y的焊接精度，该精度综合了设备本身的工作台马达精度，镜头识别精度，以及加工时产品 是否存在晃动等因素，现在市面主流的WB设备精度均标的是±2um~±2.5um，我们直接取大的；
这样算下来，该20um线材所适合的最佳BPO大小即为55um。
很多细心的朋友可能发现，我再举例时并没有去定义是金线还是铜线，因为金线和铜线在挤铝调试、焊接难度调试上区别巨大；是因为我们前面不管是H的选择，CA的选择还有FAB尺寸的选择均取的是中间值，且对自身产品加工认知为0 的情况下进行的。倘若导入过程中真的在调试中遇到了类似于挤铝、peeling、crack等问题，还可通过选择不同参数的劈刀进行工艺调试加以改善。
也许还有朋友会认为直接用封装厂的design rule去做更为方便。这样的确也可以，但有个问题，封装厂所提供的design rule通常会标至其工艺能力极限，你只要敢问，他就敢给你说能做，等到真正出问题的时候，就是你们的材料太敏感了，需要优化wafer加工工艺或增大BPO。别问我为什么这么清楚，鄙人以前就是专门干这事的。当然你如果是华为这种大户就当我放了个屁即可
另外还有最重要的一点，当一个方案落地的时候，最终要的就是有理有据，对后续的风险也有评估判断；这样即使真的出现了没有预料到的外来因素，对团队而言也是可以接受的。
最后再补充一句，SPT其实也给出了BPO与CD的推荐公式，之所以没用它主要是觉得写的有点太笼统了，还是计算一遍踏实一些！
