LED倒装芯片设计的布线技术解析(上)

2015-02-21 16:21:24来源: 互联网 关键字:LED  倒装芯片
 本文介绍了在伪单层上完成重新布线层布线的一种方法。这些技术将重新布线层的布线问题转变成为典型的通道布线问题。

  利用这种方法可以做到百分之百的布通率,并且最大限度地减小了两层布线的面积。

  工程师在倒装芯片设计中经常使用重新布线层(RDL)将I/O焊盘重新分配到凸点焊盘,整个过程不会改变I/O焊盘布局。

  然而,传统布线能力可能不足以处理大规模的设计,因为在这些设计中重新布线层可能非常拥挤,特别是在使用不是最优化的I/O凸点分配方法情况下。这种情况下即使采用人工布线,在一个层内也不可能完成所有布线。

  随着对更多输入/输出(I/O)要求的提高,传统线绑定封装将不能有效支持上千的I/O。倒装芯片装配技术被广泛用于代替线绑定技术,因为它不仅能减小芯片面积,而且支持多得多的I/O。

  倒装芯片还能极大地减小电感,从而支持高速信号,并拥有更好的热传导性能。倒装芯片球栅阵列(FCBGA)也被越来越多地用于高I/O数量的芯片。

  图1:倒装芯片横截面:信号线经过包括重新布线层在内的三个面。

  重新布线层(RDL)是倒装芯片组件中芯片与封装之间的接口界面(图1)。重新布线层是一个额外的金属层,由核心金属顶部走线组成,用于将裸片的I/O焊盘向外绑定到诸如凸点焊盘等其它位置。

  凸点通常以栅格图案布置,每个凸点都浇铸有两个焊盘(一个在顶部,一个在底部),它们分别连接重新布线层和封装基板。因此重新布线层被用作连接I/O焊盘和凸点焊盘的层。

  图2:自由分配(FA)和预分配(PA)是两种焊盘分配方法。外围I/O(PI/O)和区域I/O(AI/O)是两种倒装芯片结构。  倒装芯片结构与焊盘分配

  以往研究已经明确了两种倒装芯片结构和两种焊盘分配方法,如图2所示。自由分配(FA)和预分配(PA)是两种焊盘分配方法,而外围I/O(PI/O)和区域I/O(AI/O)是两种倒装芯片结构。

  两种焊盘分配方法的区别在于凸点焊盘和I/O焊盘之间的映射是否定义为输入。自由分配的问题是,每个I/O焊盘都可以自由分配到任意凸点焊盘,因此分配与布线需要一起考虑。而对预分配来说,每个I/O焊盘必须连接指定的凸点焊盘,因此需要解决复杂的交叉连接问题。预分配问题的解决比自动分配要难,但对设计师来说则更加方便。

  两种倒装芯片结构分别代表不同的I/O布局图案。AI/O和PI/O的挑战分别在于将I/O放在中心区域和将I/O放在裸片外围。目前PI/O更加流行,因为它简单,设计成本低,虽然AI/O理论上可以提供更好的性能。

  图3给出了一个PI/O例子。

  外围一圈绿色矩形代表I/O焊盘。红色和黄色圆圈代表电源和地凸点,而蓝色圆圈代表信号凸点。位于裸片中央的那些电源/地凸点被分类为网状类型,信号凸点被分类为栅格类型。


  图3:重新布线层顶视图,图中显示了栅格图案的凸点焊盘和外围的I/O焊盘。

  上述所有工作都集中在单层布线。它们将布线限制在一个金属层,每个网络都必须在这个层完成布线。一般的目标是尽可能地减少走线长度。优化算法需要在布通率为100%的前提下完成。这种方法被证明可以很好地解决每种重新布线层的布线问题,前提是存在单层解决方案。

  实用的重新布线层布线方案

  重新布线层布线和凸点分配都是额外的实现任务,它们有助于设计从线绑定过渡到倒装芯片。凸点分配的意思是将每个凸点分配到指定的I/O焊盘。由于对大多数设计来说I/O焊盘位于裸片外围,因此飞线和信号走线看起来像是从芯片中心到四周边界的网状图案。

  图3显示的是一个使用两层重新布线层的真实比例设计例子。金属层10(M10)和金属层9(M9)完成所有信号网络布线,并分别实现电源/地(PG)网格和电源布线。通常有数量众多的信号网络需要布线。凸点焊盘的占用面积比较大,在布线阶段常被认为是影响布线的障碍。

  图4:拥挤的重新布线层的布线解决方案。

  图4(a)显示了一个拥挤的重新布线层例子,其中netA、netB……netF这6条网络显示为飞线。这种设计如此拥塞,以致于在单个层(如M10)上根本不可能达到100%的布通率。一种解决方案是增加重新布线层(如M10)的面积。这相当于增加裸片尺寸,如图4(b)所示。

  另外一种解决方案是再增加一层重新布线层(如M11),如图4(c)所示。虽然从工程角度看具有实际可操作性,但从成本角度看两种解决方案都是不可接受的。

关键字:LED  倒装芯片

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2015/0221/article_11782.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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