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 John Park 先生展示了面向TSMC InFO 技術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、低復雜度的技術。下圖是 TSMC 演示文稿中一張介紹 InFO 的幻燈片，不難發現，InFO 有許多不同的類型。

InFO 的首個應用實例出現在 2016 年，是用于移動應用的 InFO-PoP，在應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絡和信號。

在本文中，我們不打算重申使用高級封裝的優勢，而是進行擴展，假設以采用最先進的節點為前提來進行設計。

如前文所述，高級封裝和異構集成如今已成為所有半導體設計的熱門話題。

01

布線已成為高級封裝技術的主要瓶頸

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。

右側是本文將要討論的技術——3D 異構集成晶圓級封裝（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雜，多種方法均可實現。

在細節層次上，業界面臨的挑戰有：

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

復雜過孔堆疊

提高良率的互連倒圓角

將信號和電源網絡放在一起進行布線，以達到最佳密度

重用重復的模式

電源/接地過孔放置

為了應對這些挑戰，Cadence 和 TSMC 通力合作，為 InFO 技術開發新一代——

自動信號布線解決方案

支持高容量設計的多線程自動布線引擎

支持TSMC電氣、物理和良率規則的布線

支持屏蔽、差分信號和倒圓角/淚滴插入（見上圖）

帶有重用結構的預先逃逸布線

基于分片的布線，支持復制

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）

鎖定結構，防止在相鄰區域工作時發生變更

可保存的配置，可用于后續設計

根據電源引腳的分組，自動定義形狀邊界樣式（拼圖）

綜上所述

完整流程如下

拓撲結構布線

逃逸布線

電源布線

詳細布線

模式復制

倒圓角插入

最終 DRC

02

設計結果：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

1. 當下普及高級封裝技術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計

4. Cadence 和TSMC已經合作開發了用于 InFO 封裝技術的新一代信號和電源自動布線工具

原生大規模并行化

結合多種布線技術

便捷的多層布線引擎——Cadence Allegro 工具

支持復制

支持TSMC布線約束和 DRC 規則