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如何从倒装芯片的角度设计封装

大多数封装基板的设计设想是基于如果零件安装在正面,那么封装基板就会置于主 PCB 上。这意味着,BGA 的焊球位于横截面的底层、裸片安装在上面。

对于引线键合裸片来说,裸片仍然是朝上放置(裸片焊盘位于远离基板的位置)。但是,对于倒装芯片,芯片朝下放置;芯片被翻转,并安装在主 BGA 顶部布线层上表面的 Bump 上。当封装完成后,BGA 会创建一个零件,供 PCB 设计工程师使用。

那么,如果我们想从相反的角度来设计封装,会发生什么呢?由于倒装芯片面朝上安装在横截面的底层上,而 BGA 焊球在顶层上面朝上放置,因此我们看待整个封装设计的角度与集成电路类似;这将便于我们与集成电路设计团队顺畅沟通,因为双方会在相同的相对 Layout 中看到 Bump 焊盘。

本文将通过Allegro® Package Designer Plus工具向大家演示如何实现从倒装芯片的角度设计封装。

两种主要方法可以实现这一点,而在这两种情况下都必须多加注意,以确保设计过程和最终的库零件都是正确的。我们最不愿意看到的是,在准备开始制造时,却发现 PCB 库零件与封装基板不匹配!

那么,如何才能顺利完成这项任务呢?

1、位于顶部的 BGA 部件要在设计的顶层创建 BGA,首先要记住的是——无论是通过 BGA 生成器命令添加符合 JEDEC 标准的 BGA,还是从文本文件或电子表格中读取预先定义的焊球类型,都要把它翻转过来

BGA 生成器,第 1 页

BGA 文本输入,步骤 4

上面两张图展示了两个主界面中的选项。如果没有勾选这些项目,PCB 库零件就会出错。很显然要把焊球焊盘本身放在顶层。

下一步是添加裸片部件。这些部件安装在 Layout 的底部表面,芯片翻转且朝上。不过,此时初始方向稍微不那么重要,因为借助裸片层叠编辑器,可以轻松移动裸片,并在 Layout 中更改其位置。

此时,我们有一个放置在底部的倒装芯片。请注意,层叠位于层底,并有一个“SUBSTRATE BOTTOM”的基板位置。这些都是非常重要的。在底部的部件细节图中,我们可以看到方向是正确的,即“CHIP UP”。为了保持一致性,右上角的预览图总是显示排序中最靠后的基板,但即使在这里,标签也清楚地显示这是层叠的底部。

现在,当从裸片 Bump 到 BGA 焊球进行布线的时候,实际上是在设计的各层中向上移动。如果使用命名各层来表示这一点,则可能会加强记忆:其中 M1 位于底部之上,而 M5(或其他数字)位于顶层之下。
与传统的 PCB Layout 工具不同,在Allegro Package Designer Plus中可以把外层的图层名称颠倒过来,这样“顶部”就位于底部。然而,我们不建议这样做,因为会花费时间在层叠中按照适当的顺序设置所有的遮罩层和其他来自其他类的派生层或关系层。
2、翻转设计视图
第二种进行此类设计的方法不涉及实际更改任何设计内容。BGA 部件仍然可以焊球朝下放置在底部基板层上,而倒装芯片则芯片朝下安装在顶部。使用翻转设计视图(Flipped View),画布上的所有内容都会翻转过来,从而能够以集成电路设计师的芯片朝上的角度查看基板。这可以在不修改任何现有设计流程或做法的情况下完成。无需在封装设计本身中改变层,也不需要重新映射层的分配或部件的方向。

当我们只是想与集成电路设计师进行沟通,但仍想以与层叠内存模块或类似设计一致的方式执行自己的操作(布线、引线键合、裸片堆叠等)时,这种方法特别实用有效。我们可以在翻转视图中执行任何操作,就像在标准视图中一样。系统会替我们重新映射光标位置。一个建议是:即使在翻转视图中进行设计,横截面图层的顺序仍然是一样的。虽然看起来是从底部的裸片焊盘移动到顶部的焊球,但在横截面上,层的顺序就是标准封装基板的顺序。

3、中介层基板是否不同?
中介层则增加了另一个有趣的层。这些基板通常不由硅制成。因此,设计师很自然会希望保持与芯片相同的方向。毕竟,我们可以把中介层看作是芯片基板的扩展。但是最终,一切都由我们自己决定。中介层很可能会安装在自身的母基板上,不管是封装还是电路板,如果是翻转芯片,中介层的裸片部件会位于顶部(也许是位于两侧)。这意味着中介层的外部接口位于底部,和标准 BGA 封装如出一辙。

这意味着,我们是与芯片设计师关系更为密切,可以对其 Bump 图案产生一定影响,还是与规划 PCB 扇出布线的电路板工程师关系更为密切可能才是决定性的因素。无论哪种情况,Allegro Package Designer Plus 都可以帮助我们在两个方向上实现可视化和设计,并且可以在这两个方向之间移动。

4、应该遵循哪种流程?
您是否已遵循上述方法之一进行设计?您所在的公司是否有一个定制的封装 Layout 流程,它是否根据部件的安装方法而有所不同?当封装变得更加复杂,涵盖倒装芯片和引线键合部件(甚至可能是一些被动元件和射频元件)时,您将如何适应?无论您采取什么步骤,如果在设计时将焊球置于横截面的顶部,请确保部件方向是正确的!当封装视图是下方右图中焊球朝上的 Layout,而 PCB 部件不是左图的镜像时,就会出现问题!

如果在流程的后期发现了问题,需要反转所有引脚的 X 坐标,以保持实例引脚映射相同但正确的定义,请使用 BGA 文字输出中的“Y 轴镜像坐标”选项,然后重新导入生成的文本文件,在纠正符号定义的同时不破坏映射。
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