面向 TSMC InFO 技术的高级自动布线功能

作者：Paul McLellan，Cadence楷登PCB及封装资源中心

在2022年底举办的 TSMC OIP 研讨会上，Cadence 资深半导体封装管理总监 John Park 先生展示了面向TSMC InFO 技术的高级自动布线功能。InFO 的全称为“集成式扇出型封装（integrated fanout）”，是一种适用于高级封装的低性能、低复杂度的技术。下图是 TSMC 演示文稿中一张介绍 InFO 的幻灯片，不难发现，InFO 有许多不同的类型。

InFO 的首个应用实例出现在 2016 年，是用于移动应用的 InFO-PoP，在应用处理器晶粒上添加了一个 DRAM 封装。然后是面向 HPC 的 InFO_oS，允许将多个晶粒置于越来越大的封装中。最新的技术是 InFO_3D，允许逻辑和逻辑之间垂直堆叠，并在下方布线，以便分配电源分配网络和信号。

在本文中，我们不打算重申使用高级封装的优势，而是进行扩展，假设以采用最先进的节点为前提来进行设计。

如前文所述，高级封装和异构集成如今已成为所有半导体设计的热门话题。

1、布线已成为高级封装技术的主要瓶颈

从上表中可以看出，如今的布线难度越来越大。左侧是倒装芯片球栅阵列 (FCBGA) 的要求，其中最多有几千个连接。RDL 信号布线将信号从相对较小的单个晶粒分散到焊球上。

右侧是本文将要讨论的技术——3D 异构集成晶圆级封装（3D heterogeneous integration wafer-level packaging,），简称 3DHI-WLP。这种封装通常包含多个chiplets小芯片，并可能存在数万个信号连接，因此 RDL 信号布线不仅是分配信号，同时也要处理从小芯片到小芯片（chiplet-to-chiplet）的布线。电源布线同样错综复杂，多种方法均可实现。

在细节层次上，业界面临的挑战有：

• 小芯片到小芯片和扇出 RDL 布线要求
• 高效的引脚逃逸模式
• 布线通道密度
• 复杂过孔堆叠
• 提高良率的互连倒圆角
• 将信号和电源网络放在一起进行布线，以达到最佳密度
• 重用重复的模式
• 电源/接地过孔放置

为了应对这些挑战，Cadence 和 TSMC 通力合作，为 InFO 技术开发新一代——

自动信号布线解决方案

• 支持高容量设计的多线程自动布线引擎
• 支持TSMC电气、物理和良率规则的布线
• 支持屏蔽、差分信号和倒圆角/泪滴插入（见上图）
• 带有重用结构的预先逃逸布线
• 基于分片的布线，支持复制
• 自动电源布线解决方案
• 混合和匹配 IC 样式及 BGA 样式的电源布线（条纹/轨道和平面）
• 锁定结构，防止在相邻区域工作时发生变更
• 可保存的配置，可用于后续设计
• 根据电源引脚的分组，自动定义形状边界样式（拼图）

综上所述完整流程如下

• 拓扑结构布线
• 逃逸布线
• 电源布线
• 详细布线
• 模式复制
• 倒圆角插入
• 最终 DRC

2、设计结果：大幅提升

如上表所示，布线速度大大提升（100 倍）。使用多核心多线程详细布线也能使速度提高 10 倍以上。

总结

1. 当下普及高级封装技术的主要瓶颈在于布线
2. 信号布线（RDL/D2D）和电源布线也是如此
3. 需要新一代的解决方案来减少瓶颈并支持大型设计
4. Cadence 和TSMC已经合作开发了用于 InFO 封装技术的新一代信号和电源自动布线工具

• 原生大规模并行化
• 结合多种布线技术
• 便捷的多层布线引擎——Cadence Allegro 工具
• 支持复制
• 支持TSMC布线约束和 DRC 规则