LED倒裝芯片設計的布線(xiàn)技術(shù)解析（上）

　　利用這種方法可以做到百分之百的布通率，并且最大限度地減小了兩層布線(xiàn)的面積。

　　工程師在倒裝芯片設計中經(jīng)常使用重新布線(xiàn)層(RDL)將I/O焊盤(pán)重新分配到凸點(diǎn)焊盤(pán)，整個(gè)過(guò)程不會(huì )改變I/O焊盤(pán)布局。

　　然而，傳統布線(xiàn)能力可能不足以處理大規模的設計，因為在這些設計中重新布線(xiàn)層可能非常擁擠，特別是在使用不是最優(yōu)化的I/O凸點(diǎn)分配方法情況下。這種情況下即使采用人工布線(xiàn)，在一個(gè)層內也不可能完成所有布線(xiàn)。

　　隨著(zhù)對更多輸入/輸出(I/O)要求的提高，傳統線(xiàn)綁定封裝將不能有效支持上千的I/O。倒裝芯片裝配技術(shù)被廣泛用于代替線(xiàn)綁定技術(shù)，因為它不僅能減小芯片面積，而且支持多得多的I/O。

　　倒裝芯片還能極大地減小電感，從而支持高速信號，并擁有更好的熱傳導性能。倒裝芯片球柵陣列(FCBGA)也被越來(lái)越多地用于高I/O數量的芯片。

　　圖1：倒裝芯片橫截面：信號線(xiàn)經(jīng)過(guò)包括重新布線(xiàn)層在內的三個(gè)面。

　　重新布線(xiàn)層(RDL)是倒裝芯片組件中芯片與封裝之間的接口界面(圖1)。重新布線(xiàn)層是一個(gè)額外的金屬層，由核心金屬頂部走線(xiàn)組成，用于將裸片的I/O焊盤(pán)向外綁定到諸如凸點(diǎn)焊盤(pán)等其它位置。

　　凸點(diǎn)通常以柵格圖案布置，每個(gè)凸點(diǎn)都澆鑄有兩個(gè)焊盤(pán)(一個(gè)在頂部，一個(gè)在底部)，它們分別連接重新布線(xiàn)層和封裝基板。因此重新布線(xiàn)層被用作連接I/O焊盤(pán)和凸點(diǎn)焊盤(pán)的層。

　　圖2：自由分配(FA)和預分配(PA)是兩種焊盤(pán)分配方法。外圍I/O(PI/O)和區域I/O(AI/O)是兩種倒裝芯片結構。　　倒裝芯片結構與焊盤(pán)分配

　　以往研究已經(jīng)明確了兩種倒裝芯片結構和兩種焊盤(pán)分配方法，如圖2所示。自由分配(FA)和預分配(PA)是兩種焊盤(pán)分配方法，而外圍I/O(PI/O)和區域I/O(AI/O)是兩種倒裝芯片結構。

　　兩種焊盤(pán)分配方法的區別在于凸點(diǎn)焊盤(pán)和I/O焊盤(pán)之間的映射是否定義為輸入。自由分配的問(wèn)題是，每個(gè)I/O焊盤(pán)都可以自由分配到任意凸點(diǎn)焊盤(pán)，因此分配與布線(xiàn)需要一起考慮。而對預分配來(lái)說(shuō)，每個(gè)I/O焊盤(pán)必須連接指定的凸點(diǎn)焊盤(pán)，因此需要解決復雜的交叉連接問(wèn)題。預分配問(wèn)題的解決比自動(dòng)分配要難，但對設計師來(lái)說(shuō)則更加方便。

　　兩種倒裝芯片結構分別代表不同的I/O布局圖案。AI/O和PI/O的挑戰分別在于將I/O放在中心區域和將I/O放在裸片外圍。目前PI/O更加流行，因為它簡(jiǎn)單，設計成本低，雖然AI/O理論上可以提供更好的性能。

　　圖3給出了一個(gè)PI/O例子。

　　外圍一圈綠色矩形代表I/O焊盤(pán)。紅色和黃色圓圈代表電源和地凸點(diǎn)，而藍色圓圈代表信號凸點(diǎn)。位于裸片中央的那些電源/地凸點(diǎn)被分類(lèi)為網(wǎng)狀類(lèi)型，信號凸點(diǎn)被分類(lèi)為柵格類(lèi)型。

　　圖3：重新布線(xiàn)層頂視圖，圖中顯示了柵格圖案的凸點(diǎn)焊盤(pán)和外圍的I/O焊盤(pán)。

　　上述所有工作都集中在單層布線(xiàn)。它們將布線(xiàn)限制在一個(gè)金屬層，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )都必須在這個(gè)層完成布線(xiàn)。一般的目標是盡可能地減少走線(xiàn)長(cháng)度。優(yōu)化算法需要在布通率為100%的前提下完成。這種方法被證明可以很好地解決每種重新布線(xiàn)層的布線(xiàn)問(wèn)題，前提是存在單層解決方案。

　　實(shí)用的重新布線(xiàn)層布線(xiàn)方案

　　重新布線(xiàn)層布線(xiàn)和凸點(diǎn)分配都是額外的實(shí)現任務(wù)，它們有助于設計從線(xiàn)綁定過(guò)渡到倒裝芯片。凸點(diǎn)分配的意思是將每個(gè)凸點(diǎn)分配到指定的I/O焊盤(pán)。由于對大多數設計來(lái)說(shuō)I/O焊盤(pán)位于裸片外圍，因此飛線(xiàn)和信號走線(xiàn)看起來(lái)像是從芯片中心到四周邊界的網(wǎng)狀圖案。

　　圖3顯示的是一個(gè)使用兩層重新布線(xiàn)層的真實(shí)比例設計例子。金屬層10(M10)和金屬層9(M9)完成所有信號網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)，并分別實(shí)現電源/地(PG)網(wǎng)格和電源布線(xiàn)。通常有數量眾多的信號網(wǎng)絡(luò )需要布線(xiàn)。凸點(diǎn)焊盤(pán)的占用面積比較大，在布線(xiàn)階段常被認為是影響布線(xiàn)的障礙。

　　圖4：擁擠的重新布線(xiàn)層的布線(xiàn)解決方案。

　　圖4(a)顯示了一個(gè)擁擠的重新布線(xiàn)層例子，其中netA、netB……netF這6條網(wǎng)絡(luò )顯示為飛線(xiàn)。這種設計如此擁塞，以致于在單個(gè)層(如M10)上根本不可能達到100%的布通率。一種解決方案是增加重新布線(xiàn)層(如M10)的面積。這相當于增加裸片尺寸，如圖4(b)所示。

　　另外一種解決方案是再增加一層重新布線(xiàn)層(如M11)，如圖4(c)所示。雖然從工程角度看具有實(shí)際可操作性，但從成本角度看兩種解決方案都是不可接受的。