LED倒裝芯片設(shè)計(jì)的布線技術(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的面積。

　　工程師在倒裝芯片設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用重新布線層(RDL)將I/O焊盤重新分配到凸點(diǎn)焊盤，整個(gè)過(guò)程不會(huì)改變I/O焊盤布局。

　　然而，傳統(tǒng)布線能力可能不足以處理大規(guī)模的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谶@些設(shè)計(jì)中重新布線層可能非常擁擠，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，在一個(gè)層內(nèi)也不可能完成所有布線。

　　隨著對(duì)更多輸入/輸出(I/O)要求的提高，傳統(tǒng)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(shù)被廣泛用于代替線綁定技術(shù)，因?yàn)樗粌H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(hào)，并擁有更好的熱傳導(dǎo)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(shù)量的芯片。

　　圖1：倒裝芯片橫截面：信號(hào)線經(jīng)過(guò)包括重新布線層在內(nèi)的三個(gè)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(gè)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(diǎn)焊盤等其它位置。

　　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(一個(gè)在頂部，一個(gè)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(diǎn)焊盤的層。

　　圖2：自由分配(FA)和預(yù)分配(PA)是兩種焊盤分配方法。外圍I/O(PI/O)和區(qū)域I/O(AI/O)是兩種倒裝芯片結(jié)構(gòu)。　　倒裝芯片結(jié)構(gòu)與焊盤分配

　　以往研究已經(jīng)明確了兩種倒裝芯片結(jié)構(gòu)和兩種焊盤分配方法，如圖2所示。自由分配(FA)和預(yù)分配(PA)是兩種焊盤分配方法，而外圍I/O(PI/O)和區(qū)域I/O(AI/O)是兩種倒裝芯片結(jié)構(gòu)。

　　兩種焊盤分配方法的區(qū)別在于凸點(diǎn)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(wèn)題是，每個(gè)I/O焊盤都可以自由分配到任意凸點(diǎn)焊盤，因此分配與布線需要一起考慮。而對(duì)預(yù)分配來(lái)說(shuō)，每個(gè)I/O焊盤必須連接指定的凸點(diǎn)焊盤，因此需要解決復(fù)雜的交叉連接問(wèn)題。預(yù)分配問(wèn)題的解決比自動(dòng)分配要難，但對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)則更加方便。

　　兩種倒裝芯片結(jié)構(gòu)分別代表不同的I/O布局圖案。AI/O和PI/O的挑戰(zhàn)分別在于將I/O放在中心區(qū)域和將I/O放在裸片外圍。目前PI/O更加流行，因?yàn)樗?jiǎn)單，設(shè)計(jì)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。紅色和黃色圓圈代表電源和地凸點(diǎn)，而藍(lán)色圓圈代表信號(hào)凸點(diǎn)。位于裸片中央的那些電源/地凸點(diǎn)被分類為網(wǎng)狀類型，信號(hào)凸點(diǎn)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(diǎn)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(gè)金屬層，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都必須在這個(gè)層完成布線。一般的目標(biāo)是盡可能地減少走線長(zhǎng)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層的布線問(wèn)題，前提是存在單層解決方案。

　　實(shí)用的重新布線層布線方案

　　重新布線層布線和凸點(diǎn)分配都是額外的實(shí)現(xiàn)任務(wù)，它們有助于設(shè)計(jì)從線綁定過(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。由于對(duì)大多數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)I/O焊盤位于裸片外圍，因此飛線和信號(hào)走線看起來(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)使用兩層重新布線層的真實(shí)比例設(shè)計(jì)例子。金屬層10(M10)和金屬層9(M9)完成所有信號(hào)網(wǎng)絡(luò)布線，并分別實(shí)現(xiàn)電源/地(PG)網(wǎng)格和電源布線。通常有數(shù)量眾多的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)需要布線。凸點(diǎn)焊盤的占用面積比較大，在布線階段常被認(rèn)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(gè)擁擠的重新布線層例子，其中netA、netB……netF這6條網(wǎng)絡(luò)顯示為飛線。這種設(shè)計(jì)如此擁塞，以致于在單個(gè)層(如M10)上根本不可能達(dá)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(dāng)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(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。