倒装芯片设计的实用的重新布线层布线方案

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。