概述IC的高性能封装

对于 PCB 技术的文章来说，作者可阐述近段时间来PCB设计工程... [详细]

PCB评估过程中需要关注哪些

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• · 概述IC的高性能封装
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　　我们说的封装技术并不是指在进行组装的样式上的挑选，而得的要更多地成为IC和系统设计的的一部分。
　　如果在设计阶段的早期没有考虑封装因素，那么IC中的高速信号可能永远都不会传到PCB的其它元件上。开发设计人员在IC电气性能设计上已接近国际先进水平，但常常会忽视工艺方面的要求。本文介绍一种高性能IC封装设计思想，解决因封装使用不当而造成的器件性能下降问题。
　　如今的IC正面临着对封装进行变革的巨大压力。I/O数量越高导致从芯片到封装的连接路径变得越复杂，另外高速时钟和快速信号上升时间也会在连线中产生高速传输线效应及串扰或电磁干扰等，从而降低IC的整体性能。
　　为解决这些问题，同时为了使已封装好的IC具有良好的性能，封装设计正以其本身的特点成为一门新的学科。封装设计人员必须懂得电性能方面的问题并且要研究芯片和封装之间的相互作用关系，同时他们还必须学习怎样使用更复杂EDA软件，以便使IC满足物理和电性能设计规则。
　　封装设计已不仅仅只是挑选一种样式用作装配，而更多成为IC和系统设计的一部分，应将其作为专门的多应用领域设计准则并且把先进的封装软件集成到芯片和系统设计流程中。这样设计人员们再遇到邦定及倒装芯片基底技术难题时，利用封装技术就可加快产品设计周期。
　　VLSI Technology公司针对这种新形势改变了设计流程。过去我们设计新IC封装时先用AutoCAD作设计草图，画出芯片及连接点的位置然后将其发送给另一家基底材料供应商或封装供应商手中。他们使用自己的CAD工具重新绘制图纸，再把Gerber绘图文件或AutoCAD文件返回确认。
　　对有引脚封装的设计，用这种方式不会有什么问题，它甚至可以用在相对简单的低引脚数BGA器件封装设计中(如果一年里只有那么一两种的话)。对新一代VLSI产品而言，随着数量和复杂程度的不断增加，这种流程越来越不能够适应。为了给每种IC提供多个不同的封装选项，我们必须要在更短的时间内完成更多封装设计，同时引脚数量增多以及对电气性能优化的需要又进一步增加了图纸的复杂性。
　　由于我们将很多工作都外包使设计流程拖得很长，而只是凭借草图与远在外地的供应商进行设计要求方面的交流也变得日益困难，有时分包商们不明白我们为什么想要某种布局而会把它改得更糟糕。比如说他们用一种在功能上有错误的方法进行连通，我们发现后就不得不先审查我们所希望的布局，作出改正，然后发给该供应商重新再来。而他们经常又会误解我们手工画的修改图，这样就增加了改正次数并造成延误。因此从最初的封装草图到出最后的图纸时间会拉得很长。
　　因为有很多时间花在审查和修改设计上，所以旧方法不仅降低效率，而且往往得不到最佳效果。意识到需要加强对设计过程的控制以缩短设计周期、优化芯片和封装的性能并提高成品率时，我们决定自己进行封装设计，并修改设计流程以便能够同时考虑芯片、封装及线路板等各项设计因素，目的是通过将IC及其封装从一开始就看成是一个整体而不只是把封装当作一种后端工艺使其性能达到最优。现在其他很多芯片和系统供应商也开始跟随这一趋势。自己进行基底的设计是一个战略性决策，它使我们彻底改变了封装设计的整个流程。
　　新技术应用
　　根据在先进封装设计中获得的经验，我们发现过去一直沿用的设计工具和设计方法存在很多局限。传统设计工具作出的图纸虽然很好看，但却不一定遵守电气和物理设计规则，而且也不能够从中提取数据进行建模和分析。
　　要想使性能得到优化，就需要有能够对先进封装进行电性能设计和分析的软件工具。这种工具可以提供内部数据库访问，在设计过程中预先确定制造、装配以及电气特性等工艺，最后能直接生成照相底图交给基底分包商。
　　我们所寻找的设计自动化工具要能清楚地根据先进封装要求对基底互连进行设计分析，而且还要使封装支持更多的裸片功能，如高性能芯片特有的新参数(包括不同电源平面所需的多电压设置、高速I/O、差分对、阻抗匹配以及固定阻抗等)。除了各种应用信号，封装还必须支持大量其它重要信号以及I/O总线。
　　在选择新封装设计工具时，我们对几个供应商的商用封装设计工具进行了评估。我们先设计好一个正规的“审核要求”文件，审查了约100个项目，然后定出我们最需要的功能如下：
　　1.有没有网络表都能开始进行设计：对单独一个芯片设计来讲，通常从没有网络表开始效率更高，这样可把重点放在提高密度和电气性能上，然后按照其它考虑因素生成实际的芯片到管脚网络表。而另一方面，偶尔也会有一些芯片的封装需要按照预先定义的网络表来完成。
　　2.能够构造针对BGA设计的独特“部件”分级数据库：如BGA管脚、梯形通孔、焊接点/基准点以及避开倒装芯片焊盘的阵列形式和走线形式。
　　3.能实现非常高布线密