面向 TSMC InFO 技術(shù)的高級(jí)自動(dòng)布線功能

作者：Paul McLellan，Cadence楷登PCB及封裝資源中心

在2022年底舉辦的 TSMC OIP 研討會(huì)上，Cadence 資深半導(dǎo)體封裝管理總監(jiān) John Park 先生展示了面向TSMC InFO 技術(shù)的高級(jí)自動(dòng)布線功能。InFO 的全稱為“集成式扇出型封裝（integrated fanout）”，是一種適用于高級(jí)封裝的低性能、低復(fù)雜度的技術(shù)。下圖是 TSMC 演示文稿中一張介紹 InFO 的幻燈片，不難發(fā)現(xiàn)，InFO 有許多不同的類型。

InFO 的首個(gè)應(yīng)用實(shí)例出現(xiàn)在 2016 年，是用于移動(dòng)應(yīng)用的 InFO-PoP，在應(yīng)用處理器晶粒上添加了一個(gè) DRAM 封裝。然后是面向 HPC 的 InFO_oS，允許將多個(gè)晶粒置于越來越大的封裝中。最新的技術(shù)是 InFO_3D，允許邏輯和邏輯之間垂直堆疊，并在下方布線，以便分配電源分配網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)。

在本文中，我們不打算重申使用高級(jí)封裝的優(yōu)勢，而是進(jìn)行擴(kuò)展，假設(shè)以采用最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)為前提來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

如前文所述，高級(jí)封裝和異構(gòu)集成如今已成為所有半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的熱門話題。

1、布線已成為高級(jí)封裝技術(shù)的主要瓶頸

從上表中可以看出，如今的布線難度越來越大。左側(cè)是倒裝芯片球柵陣列 (FCBGA) 的要求，其中最多有幾千個(gè)連接。RDL 信號(hào)布線將信號(hào)從相對(duì)較小的單個(gè)晶粒分散到焊球上。

右側(cè)是本文將要討論的技術(shù)——3D 異構(gòu)集成晶圓級(jí)封裝（3D heterogeneous integration wafer-level packaging,），簡稱 3DHI-WLP。這種封裝通常包含多個(gè)chiplets小芯片，并可能存在數(shù)萬個(gè)信號(hào)連接，因此 RDL 信號(hào)布線不僅是分配信號(hào)，同時(shí)也要處理從小芯片到小芯片（chiplet-to-chiplet）的布線。電源布線同樣錯(cuò)綜復(fù)雜，多種方法均可實(shí)現(xiàn)。

在細(xì)節(jié)層次上，業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)有：

小芯片到小芯片和扇出 RDL 布線要求

高效的引腳逃逸模式

布線通道密度

復(fù)雜過孔堆疊

提高良率的互連倒圓角

將信號(hào)和電源網(wǎng)絡(luò)放在一起進(jìn)行布線，以達(dá)到最佳密度

重用重復(fù)的模式

電源/接地過孔放置

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，Cadence 和 TSMC 通力合作，為 InFO 技術(shù)開發(fā)新一代——

自動(dòng)信號(hào)布線解決方案

支持高容量設(shè)計(jì)的多線程自動(dòng)布線引擎

支持TSMC電氣、物理和良率規(guī)則的布線

支持屏蔽、差分信號(hào)和倒圓角/淚滴插入（見上圖）

帶有重用結(jié)構(gòu)的預(yù)先逃逸布線

基于分片的布線，支持復(fù)制

自動(dòng)電源布線解決方案

混合和匹配 IC 樣式及 BGA 樣式的電源布線（條紋/軌道和平面）

鎖定結(jié)構(gòu)，防止在相鄰區(qū)域工作時(shí)發(fā)生變更

可保存的配置，可用于后續(xù)設(shè)計(jì)

根據(jù)電源引腳的分組，自動(dòng)定義形狀邊界樣式（拼圖）

綜上所述完整流程如下

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布線

逃逸布線

電源布線

詳細(xì)布線

模式復(fù)制

倒圓角插入

最終 DRC

2、設(shè)計(jì)結(jié)果：大幅提升

如上表所示，布線速度大大提升（100 倍）。使用多核心多線程詳細(xì)布線也能使速度提高 10 倍以上。

總結(jié)

1.當(dāng)下普及高級(jí)封裝技術(shù)的主要瓶頸在于布線

2.信號(hào)布線（RDL/D2D）和電源布線也是如此

3.需要新一代的解決方案來減少瓶頸并支持大型設(shè)計(jì)

4.Cadence 和TSMC已經(jīng)合作開發(fā)了用于 InFO 封裝技術(shù)的新一代信號(hào)和電源自動(dòng)布線工具

原生大規(guī)模并行化

結(jié)合多種布線技術(shù)

便捷的多層布線引擎——Cadence Allegro 工具

支持復(fù)制

支持TSMC布線約束和 DRC 規(guī)則

審核編輯 黃宇