在2022年底舉辦的 TSMC OIP 研討會上，Cadence 資深半導體封裝管理總監(jiān) John Park 先生展示了面向TSMC InFO 技術(shù)的高級自動布線功能。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 的首個應(yīng)用實例出現(xiàn)在 2016 年，是用于移動應(yīng)用的 InFO-PoP，在應(yīng)用處理器晶粒上添加了一個 DRAM 封裝。然后是面向 HPC 的 InFO_oS，允許將多個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。

在本文中，我們不打算重申使用高級封裝的優(yōu)勢，而是進行擴展，假設(shè)以采用最先進的節(jié)點為前提來進行設(shè)計。

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

01

布線已成為高級封裝技術(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，其中最多有幾千個連接。RDL 信號布線將信號從相對較小的單個晶粒分散到焊球上。

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

在細節(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

將信號和電源網(wǎng)絡(luò)放在一起進行布線，以達到最佳密度

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——

自動信號布線解決方案

支持高容量設(shè)計的多線程自動布線引擎

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)域工作時發(fā)生變更

可保存的配置，可用于后續(xù)設(shè)計

根據(jù)電源引腳的分組，自動定義形狀邊界樣式（拼圖）

綜上所述

完整流程如下

拓撲結(jié)構(gòu)布線

逃逸布線

電源布線

詳細布線

模式復(fù)制

倒圓角插入

最終 DRC

02

設(shè)計結(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布線也能使速度提高 10 倍以上。

總結(jié)

1. 當下普及高級封裝技術(shù)的主要瓶頸在于布線

2. 信號布線（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

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

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