Чек-лист по RDL fan-out подложкам: Полное руководство по проектированию и спецификации DFM

Краткий ответ: контрольный список подложки RDL fan-out (30 секунд)

Технология RDL (Redistribution Layer) fan-out устраняет разрыв между кремниевыми кристаллами и печатными платами, создавая межсоединения высокой плотности без традиционной подложки корпуса. Для обеспечения выхода годных изделий и надежности инженеры должны проверять конкретные параметры на этапах проектирования и производства.

Ограничения по линии/пространству (L/S): Проверьте минимальную ширину трассы и расстояние, обычно от 2 мкм/2 мкм до 10 мкм/10 мкм в зависимости от процесса литографии.
Выбор диэлектрического материала: Подтвердите использование фоточувствительного полиимида (PSPI) или PBO (полибензоксазола) для обеспечения надлежащего удлинения и совместимости с температурой отверждения.
Соотношение сторон переходного отверстия: Убедитесь, что соотношение сторон фото-переходных отверстий остается ниже 1:1 или 1,5:1 для обеспечения полного покрытия и электрической непрерывности.
Контроль коробления: Проверьте CTE (коэффициент теплового расширения) носителя и свойства формовочной смеси, чтобы предотвратить коробление панели/пластины более чем на 1-2 мм во время обработки.
Допуск на смещение кристалла: Учитывайте движение кристалла во время формования; типичная логика компенсации требует точного измерения положения кристалла перед формированием RDL.
Характеристики UBM (Under Bump Metallization): Проверьте диаметр и состав UBM (Ti/Cu/Ni) для обеспечения надежной адгезии паяных шариков.

Когда применяется контрольный список подложки RDL fan-out (и когда нет)

Понимание того, когда следует применять архитектуру RDL fan-out по сравнению со стандартной упаковкой с проволочным монтажом (wire-bond) или перевернутым кристаллом (flip-chip), является первым шагом в процессе проектирования.

Используйте этот контрольный список, когда:

Требуется большое количество входов/выходов (I/O): Конструкция требует больше соединений I/O, чем может поддерживать площадь кристалла (достигнут предел Fan-In).
Форм-фактор критичен: Вам нужен максимально тонкий профиль (высота по оси Z) для мобильных или носимых устройств.
Гетерогенная интеграция: Вы объединяете несколько кристаллов (SiP) с разными узлами в одном корпусе, используя RDL-соединения.
Электрические характеристики: Вам нужны более короткие сигнальные пути и более низкая паразитная индуктивность по сравнению с проволочным монтажом.
Терморегулирование: Конструкция выигрывает от прямых тепловых путей через RDL к печатной плате.

Не используйте этот контрольный список, когда:

Низкое количество выводов: Стандартные корпуса с выводной рамкой (leadframe) или проволочным монтажом значительно дешевле для микросхем низкой сложности.
Экстремальная плотность мощности: Приложения с очень высокой мощностью могут требовать тяжелых медных выводных рамок или керамических подложек вместо тонкопленочных RDL.
Строгие ограничения по стоимости: Если приложение не требует высокой плотности, традиционные ламинатные подложки (BGA) предлагают более низкую начальную стоимость.
Большой размер кристалла с низким количеством I/O: Если кристалл достаточно велик, чтобы вместить все контактные площадки (Fan-In), Fan-Out добавляет ненужную сложность процесса.

Правила и спецификации контрольного списка для подложек RDL fan-out (ключевые параметры и ограничения)

Соблюдение строгого набора правил проектирования имеет решающее значение для технологичности. APTPCB (Завод печатных плат APTPCB) рекомендует придерживаться этих стандартных диапазонов для максимизации выхода годных изделий.

Правило / Параметр	Рекомендуемое значение/диапазон	Почему это важно	Как проверить	Если проигнорировано
Мин. линия/зазор (L/S)	2µm/2µm (Высокотехнологичные) до 10µm/10µm	Определяет плотность трассировки и целостность сигнала.	AOI (Автоматический оптический контроль)	Короткие замыкания, обрывы или перекрестные помехи сигнала.
Диаметр переходного отверстия	5µm - 20µm	Соединяет различные слои RDL; влияет на сопротивление.	СЭМ поперечного сечения	Высокое сопротивление переходного отверстия или обрывы цепи.
Толщина диэлектрика	5µm - 10µm на слой	Контролирует импеданс и пробивное напряжение.	Профилометр / Эллипсометрия	Несоответствие импеданса или электрический пробой.
Шаг контактной площадки	40µm - 150µm	Соответствует плотности ввода/вывода кристалла RDL.	Анализ Gerber	Несоосность во время литографии.
Толщина меди	3µm - 8µm	Влияет на токонесущую способность и сопротивление.	Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА)	Перегрев или перегорание дорожки под нагрузкой.
Допуск на смещение кристалла	< 10µm	Кристаллы смещаются во время формовки; литография должна адаптироваться.	Метрологический контроль после формовки	Несоосные переходные отверстия, попадающие в активный кремний.
Предел коробления	< 1мм (Панель/Пластина)	Критично для обработки в автоматизированном оборудовании.	Теневой муар	Ошибки обработки, отказы вакуумного патрона.
Диаметр UBM	200µm - 300µm (типичный)	Интерфейс для припойных шариков к печатной плате.	Оптическая микроскопия	Слабые паяные соединения, отказ при испытании на падение.
Открытие пассивации	> 5µm перекрытие	Защищает медные площадки от окисления/коррозии.	АОИ	Коррозия, отказ в долгосрочной надежности.
Материал припойных шариков	SAC305 / SAC405	Стандартные бессвинцовые сплавы для надежности.	Сертификат материала (CoC)	Хрупкие соединения или проблемы с температурой плавления.
Несоответствие КТР	< 10 ppm/°C разница	Снижает напряжение между кристаллом, компаундом и RDL.	ТМА (Термомеханический Анализ)	Расслоение или растрескивание во время оплавления.

Этапы реализации контрольного списка подложки RDL fan-out (контрольные точки процесса)

Реализация конструкции RDL fan-out включает в себя последовательный процесс сборки. Каждый шаг требует специальной проверки для предотвращения накопления ошибок.

Входной контроль пластин/кристаллов (KGD)
- Действие: Проверить известные годные кристаллы (KGD) перед обработкой.
- Ключевой параметр: Выход годных по электрическим тестам > 99%.
- Проверка: Картировать дефектные кристаллы, чтобы убедиться, что они не размещены на носителе.
Подготовка носителя и ламинирование ленты
- Действие: Подготовить временный стеклянный или стальной носитель с термоотделяемой лентой.
- Ключевой параметр: Прочность сцепления (достаточно низкая для отделения, достаточно высокая для обработки).
- Проверка: Проверить на наличие пузырьков или частиц под лентой.
Размещение кристаллов (Pick and Place)

Action: Разместить кристаллы лицевой стороной вниз на носителе с высокой точностью.
Key Parameter: Точность размещения (< ±5µm).
Check: Оптическая верификация координат кристалла относительно реперных точек.

Компрессионное формование
- Action: Инкапсулировать кристаллы эпоксидным формовочным компаундом (EMC).
- Key Parameter: Однородность толщины формы и температура отверждения.
- Check: Измерение общего изменения толщины (TTV) и проверка на наличие пустот.
Высвобождение и отсоединение носителя (если Chip-First Face-Up)
- Action: Удалить носитель для обнажения контактных площадок кристалла (зависит от процесса).
- Key Parameter: Температурный профиль высвобождения.
- Check: Осмотр поверхности кристалла на наличие остатков.
Нанесение диэлектрического слоя 1
- Action: Нанесение методом центрифугирования или ламинирование фоточувствительного диэлектрика (PI/PBO).
- Key Parameter: Толщина пленки (например, 5 мкм).
- Check: Проверка однородности и отсутствия точечных отверстий.
Литография и формирование переходных отверстий (виев)
- Action: Экспонирование и проявление виев для соединения с контактными площадками кристалла.
- Key Parameter: Энергия экспозиции и время проявления.
- Check: Измерение диаметра дна виа и остатков (загрязнения).
Нанесение затравочного слоя и RDL-покрытие
- Action: Напыление затравочного слоя Ti/Cu, затем гальваническое осаждение медных трасс.
- Key Parameter: Плотность тока осаждения и химия ванны.
- Check: Измерение высоты и ширины трасс (проверка L/S).
Травление затравочного слоя

Действие: Удаление временного затравочного слоя для изоляции трасс.
Ключевой параметр: Селективность скорости травления.
Проверка: Электрический тест на короткие замыкания между соседними трассами.

Установка шариков и оплавление
- Действие: Нанесение флюса и размещение шариков припоя на контактных площадках UBM.
- Ключевой параметр: Пиковая температура оплавления (например, 245°C).
- Проверка: Испытание на сдвиг и проверка копланарности шариков.

Устранение неполадок по контрольному списку для RDL fan-out подложек (режимы отказов и исправления)

Даже при наличии надежного контрольного списка могут возникать дефекты. Используйте это руководство для диагностики и устранения распространенных проблем с RDL fan-out.

Симптом: Смещение кристалла / Несоосность
- Причина: Перемещение кристаллов во время процесса формования под высоким давлением.
- Проверка: Сравнение координат до и после формования.
- Исправление: Оптимизация давления/скорости формования; использование адаптивного масштабирования литографии.
- Предотвращение: Использование ленты с более высокой адгезией или методов заполнения под формой.
Симптом: Растрескивание трасс RDL
- Причина: Высокое напряжение из-за несоответствия КТР между EMC, кристаллом и полимером RDL.
- Проверка: Результаты термического циклического теста (TCT); анализ поперечного сечения.
- Исправление: Выбор диэлектрика с более высоким удлинением; корректировка КТР EMC.
- Предотвращение: Моделирование напряжений с использованием МКЭ (анализа конечных элементов) до замораживания проекта.
Симптом: Расслоение
- Причина: Плохая адгезия между затравочным слоем и диэлектриком или поверхностью кристалла.
Проверка: C-SAM (сканирующая акустическая микроскопия) на наличие зазоров в интерфейсе.
Исправление: Улучшить процесс плазменной очистки/дескамминга перед напылением.
Предотвращение: Мониторинг шероховатости поверхности и условий плазменной камеры.
Симптом: Неполное покрытие переходных отверстий
Причина: Слишком высокое соотношение сторон переходного отверстия или воздух, захваченный в глухих отверстиях.
Проверка: Поперечное сечение SEM, показывающее пустоты в переходных отверстиях.
Исправление: Уменьшить толщину диэлектрика или увеличить диаметр переходного отверстия; оптимизировать перемешивание при покрытии.
Предотвращение: Соблюдать правила соотношения сторон (обычно < 1:1).
Симптом: Деформация, превышающая спецификацию
Причина: Асимметричная структура или неправильное отверждение EMC.
Проверка: Измерение теневого муара при комнатной температуре и температуре оплавления.
Исправление: Отрегулировать покрытие задней стороны для балансировки напряжения; оптимизировать толщину носителя.
Предотвращение: Сбалансировать плотность меди на слоях RDL.
Симптом: Электрические обрывы
Причина: Загрязнение частицами, блокирующее литографию, или перетравливание.
Проверка: Наложение карты дефектов AOI на данные электрических испытаний.
Исправление: Улучшить класс чистой комнаты; отрегулировать концентрацию травителя.
Предотвращение: Строгий контроль частиц и автоматизированная обработка пластин.

Как выбрать контрольный список подложки RDL fan-out (проектные решения и компромиссы)

Выбор правильной стратегии RDL зависит от баланса производительности, стоимости и объема.

Chip-First vs. Chip-Last

Сначала чип (Chip-First): Кристаллы размещаются первыми, затем сверху строится RDL. Лучше для выхода годных изделий, если смещение кристалла контролируется. Более низкая стоимость для стандартных применений.
Чип в конце (сначала RDL) (Chip-Last (RDL-First)): RDL строится на носителе, затем крепятся кристаллы. Лучше для высокопроизводительных чипов с очень тонкими L/S, поскольку RDL строится на плоском, стабильном носителе без проблем со смещением кристалла. Более высокая стоимость.

На уровне пластины (WLP) против на уровне панели (PLP)

На уровне пластины (Wafer-Level): Использует стандартные круглые пластины диаметром 300 мм. Зрелая экосистема оборудования. Лучше всего подходит для высокоточных, мелкосерийных или очень плотных конструкций.
На уровне панели (Panel-Level): Использует большие прямоугольные панели (например, 600 мм x 600 мм). Более высокая пропускная способность и более низкая стоимость за единицу благодаря эффективности использования площади. Лучше всего подходит для массового производства бытовой электроники, но стандарты оборудования менее унифицированы.

Диэлектрический материал: PI против PBO

Полиимид (PI): Более высокая температура отверждения (300°C+), отличная химическая стойкость. Стандарт в течение многих лет.
PBO: Более низкая температура отверждения (200°C-250°C), лучшие электрические свойства (более низкие Dk/Df). Предпочтительно для ВЧ и чувствительных кристаллов.

Контрольный список подложек RDL fan-out FAQ (стоимость, время выполнения, общие дефекты, критерии приемки, файлы DFM)

1. Что является типичным фактором стоимости в производстве RDL fan-out? Основными факторами стоимости являются количество слоев RDL (шаги маски) и потери выхода годных изделий из-за брака Known Good Dies (KGD), если конечный корпус выходит из строя. Минимизация количества слоев значительно снижает стоимость. 2. Как время выполнения RDL fan-out соотносится со стандартным флип-чипом? RDL fan-out часто имеет более короткое время цикла, чем флип-чип, поскольку исключает время ожидания изготовления и сборки подложки. Однако время выполнения NPI (внедрения нового продукта) может составлять 4-8 недель для генерации масок и настройки процесса.

3. Каковы стандартные критерии приемки для ширины линии RDL? Приемка обычно составляет ±10% от номинальной проектной ширины. Для линии 5 мкм измеренная ширина должна быть в пределах от 4,5 мкм до 5,5 мкм.

4. Могу ли я использовать стандартные файлы Gerber для проектирования RDL fan-out? Хотя файлы Gerber принимаются, форматы GDSII или ODB++ предпочтительнее для RDL fan-out, поскольку они лучше обрабатывают сложные геометрии и определения слоев литографии полупроводникового класса, чем стандартные Gerber-файлы для печатных плат.

5. Как указать импеданс для трасс RDL? Вы должны указать целевой импеданс (например, 50 Ом) и предоставить диэлектрическую проницаемость (Dk) полимера (PI/PBO). Производитель скорректирует ширину трассы и толщину диэлектрика для соответствия.

6. Каков минимальный шаг переходных отверстий для RDL fan-out? Для стандартных процессов минимальный шаг переходных отверстий составляет около 10-15 мкм. Передовые процессы могут достигать более плотных шагов, но стоимость увеличивается.

7. Как APTPCB обрабатывает DFM для RDL fan-out? Мы проверяем структуру слоев (stack-up), нарушения L/S и баланс плотности металла. См. наши руководства по DFM для общих правил, применимых к межсоединениям высокой плотности. 8. Требуется ли андерфилл для RDL fan-out корпусов? В целом, нет. Компаунд для формования действует как защита. Однако андерфилл на уровне платы может потребоваться после монтажа на печатную плату для обеспечения надежности при испытаниях на падение.

9. Какие испытания проводятся на готовом RDL-субстрате? Испытания включают электрический тест на обрыв/короткое замыкание (O/S), AOI (автоматический оптический контроль) и визуальный осмотр на наличие трещин или пустот.

10. Может ли RDL fan-out обрабатывать высокочастотные радиочастотные сигналы? Да. Короткие длины межсоединений и диэлектрики с низкими потерями (например, PBO) делают его отличным для приложений 5G и миллиметрового диапазона.

11. Каково максимальное количество поддерживаемых слоев RDL? Большинство конструкций используют 1-3 слоя. Превышение 4 слоев значительно увеличивает риск напряжений и коробления, требуя тщательного балансирования КТР.

12. Как проверить надежность моего RDL-дизайна? Требуются стандартные тесты надежности JEDEC (термоциклирование, HAST, тест на падение). Убедитесь, что ваш дизайн проходит симуляцию перед изготовлением.

Ресурсы для контрольного списка RDL fan-out подложек (связанные страницы и инструменты)

Возможности HDI PCB: Изучите межсоединения высокой плотности, которые имеют схожие принципы проектирования с RDL.
Передовое производство печатных плат: Изучите другие передовые технологии корпусирования и подложек, доступные в APTPCB.
Монтаж BGA и компонентов с малым шагом: Узнайте о проблемах монтажа компонентов с малым шагом, которые часто заменяются или взаимодействуют с RDL fan-out корпусами.

Глоссарий контрольного списка RDL fan-out подложек (ключевые термины)

Термин	Определение
RDL (Перераспределяющий слой)	Металлические слои, нанесенные на кристалл или пластину для перенаправления контактных площадок ввода/вывода в новые места.
Fan-Out	Технология корпусирования, при которой соединения ввода/вывода выходят за физический край кристалла.
Fan-In	Корпусирование, при котором все соединения ввода/вывода расположены в пределах периметра кристалла.
EMC (Эпоксидный формовочный компаунд)	Инкапсулирующий материал, используемый для защиты кристалла и формирования корпуса.
UBM (Металлизация под бампом)	Металлический интерфейсный слой между медной площадкой и шариком припоя.
L/S (Линия/Пространство)	Ширина металлической дорожки и расстояние до соседней дорожки.
KGD (Заведомо годный кристалл)	Неупакованные кристаллы, которые были протестированы и проверены на работоспособность перед корпусированием.
CTE (Коэффициент теплового расширения)	Мера того, насколько материал расширяется при изменении температуры; критически важно для надежности.
Смещение кристалла	Непреднамеренное перемещение кристалла во время процесса формования.
PBO (Полибензоксазол)	Высокопроизводительный диэлектрический полимер, используемый для RDL слоев.
PI (Полиимид)	Распространенный фоточувствительный полимер, используемый в качестве диэлектрика в RDL структурах.
Затравочный слой	Тонкий металлический слой (обычно Ti/Cu), напыляемый для обеспечения гальванопокрытия.

Запросить коммерческое предложение по контрольному списку для RDL fan-out подложек (обзор DFM + ценообразование)

Готовы перевести ваш дизайн из концепции в производство? APTPCB предоставляет комплексные обзоры DFM и конкурентоспособные цены на передовую упаковку и подложки высокой плотности.

Для получения точного коммерческого предложения, пожалуйста, предоставьте:

Данные проекта: Файлы GDSII, ODB++ или Gerber.
Стек: Желаемое количество слоев, толщина диэлектрика и предпочтение материала (PI против PBO).
Объем: Количество прототипов против целей массового производства.
Особые требования: Контроль импеданса, специфические поверхностные покрытия или протоколы испытаний.

Заключение: Следующие шаги контрольного списка для RDL fan-out подложек

Успешное прохождение контрольного списка для RDL fan-out подложек требует дисциплинированного подхода к правилам проектирования, выбору материалов и проверке процесса. Соблюдая спецификации по L/S, формированию переходных отверстий и контролю коробления, изложенные в этом руководстве, инженеры могут достичь высокопроизводительных, надежных решений для передовой упаковки. Независимо от того, прототипируете ли вы новую SiP или масштабируете мобильный процессор, строгое внимание к этим пунктам контрольного списка гарантирует, что ваш продукт соответствует требованиям современной электроники.