SoC芯片设计系列---bump设计

科技   2024-09-28 12:17   江苏  

BUMP技术,通常指的是微凸点(Micro Bump)技术,是先进封装技术中的一种重要技术,主要用于实现芯片与封装基板或另一个芯片之间的电气连接。微凸点技术因其出色的电气性能、高密度连接能力和小型化特性,在高性能计算、移动设备、人工智能等领域得到了广泛应用。

         

 

微凸点技术概述    

定义

微凸点(Micro Bump)技术是指在芯片或封装基板表面上制作一系列微小的金属凸点,这些凸点可以用来实现芯片间的直接连接或芯片与封装基板之间的连接。与传统的焊球连接相比,微凸点的尺寸更小,间距更密,可以提供更高的连接密度和更好的电气性能。

特点

•高密度连接:微凸点的尺寸小,间距可以做到很小,因此可以在有限的空间内实现大量的电气连接。

•良好的电气性能:微凸点的电阻和电容较低,可以减少信号传输过程中的损耗和延迟。

•小型化:使用微凸点技术可以实现更紧凑的封装设计,有助于缩小封装体积。    

•低功耗:由于电气性能优异,微凸点技术有助于降低功耗。

•高可靠性:微凸点连接通常具有良好的机械强度和可靠性。

在芯片设计和制造时,IO Pad一般分布在芯片的边沿或者四周,这对于Bond Wire工艺来说自然很方便,但对于Flip Chip来说就有些勉为其难了。因此,RDL就派上用场了,在晶元表面沉积金属层和相应的介质层,并形成金属布线,对IO 端口进行重新布局,将其布局到新的,占位更为宽松的区域,并形成面阵列排布,如下图所示。

         

 

微凸点技术的应用

2.5D/3D封装

•在2.5D封装中,多个芯片通过中介层(Interposer)相连,中介层上使用微凸点技术实现芯片之间的电气连接。

•在3D封装中,芯片通过TSV(Through Silicon Via,硅穿孔)技术垂直堆叠,并使用微凸点技术实现层间连接。    

系统级封装(SiP)

•在系统级封装中,多个不同的芯片通过微凸点技术集成在同一个封装基板上,实现高性能、高密度的封装设计。

高带宽内存(HBM)

•高带宽内存使用微凸点技术将DRAM芯片垂直堆叠并与逻辑芯片连接,实现高带宽和低功耗。

         

 

TSV按照集成类型的不同分为2.5D TSV和3D TSV,2.5D TSV是指的位于硅转接板Inteposer上的TSV,3D TSV 是指贯穿芯片体之中,连接上下层芯片的TSV,如下图所示。

         

 

微凸点设计规则

芯片要长bump则要遵守设计规则:    

1).在芯片中设计bump的尺寸要一样大,也就是说同一个芯片只有一种尺寸的bump。

         

 

2).Bump的形状要么是圆形要么是八边形。

         

 

3).Bump的pitch可以允许多种不同的值存在。

         

 

4).Bump的space有一个最小的间距,如果低于这个最小值可能会导致长球短路。

         

 

5).Bump的密度要满足设计要求,均匀排布。    

6).Bump离芯片的边界要有一定的距离。比如说50um,靠的太近会导致芯片切割时出现bump脱落导致连通性问题。

         

 

7).放置在芯片四个角上的bump不是用来单独做信号pad。要么空着做dummy bump或者是与其他的电源、地连接做dummy bump。芯片角的应力影响大。

         

 

微凸点技术的制作工艺

         

 

   

制作材料

•微凸点通常采用铜(Cu)或金(Au)作为主要材料,有时也会使用其他合金材料。

         

 

制作工艺

•沉积:首先在芯片或基板表面沉积一层金属层。

•图案化:通过光刻技术在金属层上形成所需的凸点形状。

•电镀:在图案化的区域进行电镀,增加凸点的高度。

•回流:通过加热过程使凸点形状稳定,形成最终的微凸点。    

结论

微凸点技术是先进封装技术中的关键技术之一,通过实现高密度、高性能的电气连接,有助于满足现代电子设备对小型化、高性能和低功耗的需求。随着半导体技术的不断发展,微凸点技术将继续发挥重要作用,并在更多领域得到应用。

         

 

         

 

   

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