LED倒裝芯片設(shè)計的布線技術(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)計中經(jīng)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(tǒng)布線能力可能不足以處理大規(guī)模的設(shè)計，因為在這些設(shè)計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(nèi)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(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(dǎo)性能。倒裝芯片球柵陣列(FCBGA)也被越來越多地用于高I/O數(shù)量的芯片。

　　圖1：倒裝芯片橫截面：信號線經(jīng)過包括重新布線層在內(nèi)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(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(yù)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(fù)雜的交叉連接問題。預(yù)分配問題的解決比自動分配要難，但對設(shè)計師來說則更加方便。

　　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，因為它簡單，設(shè)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(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(xiàn)任務(wù)，它們有助于設(shè)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(shù)設(shè)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(wǎng)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(shè)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，并分別實現(xiàn)電源/地(PG)網(wǎng)格和電源布線。通常有數(shù)量眾多的信號網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)顯示為飛線。這種設(shè)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(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。