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LED倒裝芯片設計的布線技術解析(上)

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: LED倒裝,LED芯片,LED技術

      本文介紹了在偽單層上完成重新布線層布線的一種方法。這些技術將重新布線層的布線問題轉變成為典型的通道布線問題。

      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的面積。

      工程師在倒裝芯片設計中經常使用重新布線層(RDL)將I/O焊盤重新分配到凸點焊盤,整個過程不會改變I/O焊盤布局。

      然而,傳統布線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層可能非常擁擠,特別是在使用不是最優化的I/O凸點分配方法情況下。這種情況下即使采用人工布線,在一個層內也不可能完成所有布線。

      隨著對更多輸入/輸出(I/O)要求的提高,傳統線綁定封裝將不能有效支持上千的I/O。倒裝芯片裝配技術被廣泛用于代替線綁定技術,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:信號線經過包括重新布線層在內的三個面。

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

      凸點通常以柵格圖案布置,每個凸點都澆鑄有兩個焊盤(一個在頂部,一個在底部),它們分別連接重新布線層和封裝基板。因此重新布線層被用作連接I/O焊盤和凸點焊盤的層。


      圖2:自由分配(FA)和預分配(PA)是兩種焊盤分配方法。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分配

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

      兩種焊盤分配方法的區別在于凸點焊盤和I/O焊盤之間的映射是否定義為輸入。自由分配的問題是,每個I/O焊盤都可以自由分配到任意凸點焊盤,因此分配與布線需要一起考慮。而對預分配來說,每個I/O焊盤必須連接指定的凸點焊盤,因此需要解決復雜的交叉連接問題。預分配問題的解決比自動分配要難,但對設計師來說則更加方便。

      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PI/O例子。

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


      圖3:重新布線層頂視圖,圖中顯示了柵格圖案的凸點焊盤和外圍的I/O焊盤。

      上述所有工作都集中在單層布線。它們將布線限制在一個金屬層,每個網絡都必須在這個層完成布線。一般的目標是盡可能地減少走線長度。優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層的布線問題,前提是存在單層解決方案。

      實用的重新布線層布線方案

      重新布線層布線和凸點分配都是額外的實現任務,它們有助于設計從線綁定過渡到倒裝芯片。凸點分配的意思是將每個凸點分配到指定的I/O焊盤。由于對大多數設計來說I/O焊盤位于裸片外圍,因此飛線和信號走線看起來像是從芯片中心到四周邊界的網狀圖案。

      圖3顯示的是一個使用兩層重新布線層的真實比例設計例子。金屬層10(M10)和金屬層9(M9)完成所有信號網絡布線,并分別實現電源/地(PG)網格和電源布線。通常有數量眾多的信號網絡需要布線。凸點焊盤的占用面積比較大,在布線階段常被認為是影響布線的障礙。


      圖4:擁擠的重新布線層的布線解決方案。

      圖4(a)顯示了一個擁擠的重新布線層例子,其中netA、netB……netF這6條網絡顯示為飛線。這種設計如此擁塞,以致于在單個層(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層(如M11),如圖4(c)所示。雖然從工程角度看具有實際可操作性,但從成本角度看兩種解決方案都是不可接受的。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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