Маршрутизация подложки RDL fan-out

Слои перераспределения (RDL) Fan-Out: что охватывает этот плейбук (и для кого он предназначен)

Это руководство предназначено для инженеров по аппаратному обеспечению, архитекторов корпусирования и руководителей по закупкам, которым поручено поиск решений для маршрутизации подложки RDL Fan-Out. По мере замедления масштабирования полупроводников, бремя производительности переходит на корпус. Слои перераспределения (RDL) в корпусировании Fan-Out (FOWLP/FOPLP) критически важны для преодоления разрыва между вводом/выводом кристалла на нанометровом уровне и геометрией платы на миллиметровом уровне.

Вероятно, вы читаете это, потому что стандартный HDI больше не достаточен для вашей плотности ввода/вывода, или вы переходите от проволочного монтажа к передовому флип-чипу или корпусированию на уровне пластины. Этот переход включает в себя сложные компромиссы между разрешением линии/пространства, целостностью сигнала и механической надежностью. Отказ в слое RDL делает дорогостоящий кремний бесполезным.

Этот плейбук выходит за рамки теории. Он фокусируется на фазе закупок и инженерной валидации. Мы точно описываем, какие спецификации определить, где скрываются производственные риски и как провести аудит поставщика, такого как APTPCB (APTPCB PCB Factory), чтобы убедиться, что он может обеспечить выход годных изделий в масштабе. Мы предоставляем практические контрольные списки для оптимизации процесса принятия решений.

Слои перераспределения (RDL) Fan-Out является правильным подходом (и когда нет)

Понимание специфической полезности технологии RDL предотвращает избыточное проектирование и ненужные затраты.

Используйте RDL Fan-Out, когда:

Критическая плотность ввода/вывода: Ваш кристалл имеет большое количество входов/выходов, которое превышает площадь, доступную для стандартных контактных площадок (fan-in bumps). Вам необходимо «развести» соединения на большую площадь для размещения стандартных шагов BGA.
Ограничения форм-фактора: Вам требуется максимально тонкий профиль корпуса. RDL устраняет необходимость в отдельном органическом ядре подложки в некоторых архитектурах (например, fan-out на уровне пластины).
Электрические характеристики: Вам нужны более короткие сигнальные пути, чем те, которые может обеспечить проволочное соединение, чтобы уменьшить паразитные индуктивность и емкость для высокоскоростных SerDes или ВЧ-приложений.
Гетерогенная интеграция: Вы объединяете несколько кристаллов (чиплетов) с различными технологическими нормами в одном корпусе и нуждаетесь в маршрутизации высокой плотности для их соединения.
Управление тепловыделением: Вам нужны прямые медные соединения от поверхности кристалла к системной плате для улучшения рассеивания тепла по сравнению с проволочными соединениями.

Не используйте RDL Fan-Out, когда:

Низкое количество входов/выходов: Если стандартное проволочное соединение или корпуса с выводами могут обеспечить подключение, RDL является ненужным фактором увеличения стоимости.
Чрезвычайная чувствительность к стоимости: Для массовой потребительской электроники, где достаточно стандартных корпусов BGA или QFN, затраты на литографию RDL с малым шагом могут быть непомерными.
Требования к высокой мощности/току: Хотя RDL может работать с мощностью, приложения с чрезвычайно высоким током могут получить больше преимуществ от печатных плат с толстой медью или специальных силовых модулей с более толстыми трассами, чем позволяют типичные процессы RDL (обычно толщина <10 мкм).
Большой размер кристалла с высоким несоответствием КТР: Если кристалл очень большой, а КТР платы сильно отличается, прямое разведение без интерпозера или снятия напряжений с помощью андерфилла может привести к усталостным разрушениям паяных соединений.

Требования, которые необходимо определить перед запросом коммерческого предложения

Нечеткие требования приводят к "инженерным запросам" (EQ), которые задерживают проекты на недели. Четко определите эти параметры, чтобы немедленно получить точное коммерческое предложение и обратную связь по DFM.

Ширина и зазор линии (L/S): Определите минимальную ширину и зазор трассы. Типичный RDL требует от 2 мкм/2 мкм до 10 мкм/10 мкм. Укажите, какие слои требуют наименьшего шага.
Количество слоев RDL: Укажите количество слоев перераспределения (например, 1 RDL, 2 RDL, 3+ RDL). Большее количество слоев увеличивает гибкость трассировки, но значительно увеличивает риск выхода годных изделий и стоимость.
Диэлектрический материал: Укажите тип полимера (например, полиимид (PI), PBO, BCB или ABF). Это определяет температуры отверждения, диэлектрическую проницаемость (Dk) и скорости поглощения влаги.
Спецификации переходных отверстий: Определите тип переходного отверстия (глухое, стековое, шахматное), диаметр (обычно 10–50 мкм для RDL) и размер контактной площадки.
Толщина меди: Укажите требуемую толщину меди для сигнальных и силовых слоев. Медь RDL часто наносится полуаддитивным методом (SAP) и тоньше стандартной фольги для печатных плат.
Покрытие поверхности: Определите покрытие для контактных площадок (например, ENEPIG, OSP, иммерсионное олово) для обеспечения совместимости с последующей сборкой или креплением шариков припоя.
Размер подложки/носителя: При использовании панельного фан-аута укажите размер панели (например, 510 мм x 515 мм) для оптимизации использования.
Контроль импеданса: Перечислите целевой импеданс (например, 50 Ом несимметричный, 100 Ом дифференциальный) и допуск (обычно ±10%). Это обязывает поставщика проверять высоты стека.
Допуск на коробление: Определите максимально допустимое коробление при комнатной температуре и температуре оплавления (например, <100 мкм по всей единице).
UBM (Металлизация под бампом): Укажите структуру UBM, если поставщик отвечает за бампинг. Это критически важно для устойчивости к электромиграции.
Стандарты инспекции: Укажите конкретные критерии инспекции (например, разрешение AOI до 1 мкм, 100% электрическое тестирование).
Уровень прослеживаемости: Определите, нужна ли прослеживаемость на уровне панели или на уровне единицы для материалов и данных процесса.

Скрытые риски, препятствующие масштабированию

Производство RDL ближе к полупроводниковой обработке, чем к традиционному изготовлению печатных плат. Риски микроскопичны, но имеют макроскопические последствия.

Смещение кристалла (несоосность литографии):
Риск: Во время процесса формования (в FOWLP) кристаллы могут слегка смещаться. Если последующая литография RDL не компенсирует это, переходные отверстия не попадут на контактные площадки кристалла.
Обнаружение: AOI после проявления; электрическое тестирование на обрыв/короткое замыкание.
Предотвращение: Использование поставщиков с "адаптивным формированием рисунка" или высокоточными бондерами для размещения кристаллов.
Деламинация, вызванная короблением:
- Риск: Несоответствие КТР между формовочным компаундом, кремниевым кристаллом и диэлектриком RDL вызывает коробление пластины/панели. Чрезмерное коробление приводит к деламинации между слоями RDL.
- Обнаружение: Сканирующая акустическая микроскопия (C-SAM); измерение коробления методом теневого муара.
- Предотвращение: Тщательный выбор КТР формовочного компаунда; балансировка плотности меди на верхнем и нижнем слоях.
Подтравливание затравочного слоя:
- Риск: В полуаддитивном процессе (SAP) затравочный слой должен быть стравлен. Если травление слишком агрессивно, оно подтравливает сигнальную дорожку, ослабляя адгезию и увеличивая сопротивление.
- Обнаружение: Анализ поперечного сечения (SEM); измерения сопротивления.
- Предотвращение: Точный контроль химии и времени травления; использование дифференциальных травителей.
Растрескивание переходного отверстия на границе раздела:
- Риск: Термическое циклирование вызывает напряжение на границе раздела между нижней частью переходного отверстия и нижележащей контактной площадкой. Плохая очистка (размазывание) или хрупкие интерметаллиды вызывают трещины.
- Обнаружение: Тестирование на термошок с последующим мониторингом сопротивления; разрезы сфокусированным ионным пучком (FIB).
Предотвращение: Надежные процессы плазменного десмира; плазменная очистка на месте перед нанесением покрытия.
Растрескивание диэлектрика:
- Риск: Хрупкие диэлектрические материалы (например, некоторые светочувствительные эпоксидные смолы) могут трескаться под механическим напряжением или термическим шоком.
- Обнаружение: Термоциклирование; визуальный осмотр под увеличением.
- Предотвращение: Использование материалов с более высоким относительным удлинением при разрыве (например, специфические полиимидные составы).
Электромиграция (ЭМ):
- Риск: Высокая плотность тока в очень тонких трассах RDL вызывает миграцию атомов меди, создавая пустоты (обрывы) или бугорки (короткие замыкания).
- Обнаружение: Испытания на срок службы при высокой температуре (HTOL); моделирование плотности тока.
- Предотвращение: Правила проектирования, ограничивающие плотность тока; использование барьерных слоев.
Поглощение влаги (эффект "попкорна"):
- Риск: Органические диэлектрики поглощают влагу. Во время оплавления эта влага превращается в пар и вызывает расслоение RDL (эффект "попкорна").
- Обнаружение: Тестирование MSL (уровень чувствительности к влаге); анализ увеличения веса.
- Предотвращение: Выпекание перед сборкой; выбор материалов с низким влагопоглощением (например, LCP или специальные марки ABF).
Потери выхода из-за предела разрешения:
- Риск: Доведение возможностей L/S поставщика до предела (например, запрос 2 мкм на линии 5 мкм) приводит к коротким замыканиям/обрывам из-за пыли или дефектов фоторезиста.
- Обнаружение: Анализ выхода годных изделий на пластину/панель; AOI.
Предотвращение: Проектирование с запасом прочности (например, использовать 5 мкм L/S, если 2 мкм не является строго необходимым); обеспечение класса чистого помещения.

План валидации (что тестировать, когда и что означает "пройдено")

План валидации (что тестировать, когда и что означает

Вы не можете полагаться исключительно на Сертификат соответствия (CoC) поставщика. Вы должны самостоятельно или через третью сторону проверить целостность трассировки подложки RDL fan-out.

Тест непрерывности "гирляндной цепи" (Daisy Chain Continuity Test):
- Цель: Проверка электрической связности всех цепей, особенно через переходные отверстия и контакты кристалла.
- Метод: Разработка тестового образца с последовательно соединенными межсоединениями. Измерение сопротивления.
- Приемлемость: Сопротивление в пределах ±10% от симуляции; отсутствие обрывов.
Термоциклирование (TC):
- Цель: Проверка усталостной долговечности медных дорожек и переходных отверстий при термическом напряжении.
- Метод: JEDEC JESD22-A104. От -40°C до +125°C (или +150°C), от 500 до 1000 циклов.
- Приемлемость: Изменение сопротивления <10% (или <20% в зависимости от класса); отсутствие трещин в поперечном сечении.
Высокотемпературное хранение (HTS):
- Цель: Оценка стабильности материала и роста интерметаллидов со временем.
- Метод: JEDEC JESD22-A103. 150°C в течение 1000 часов.
- Приемлемость: Отсутствие расслоения; прочность на сдвиг бампов остается в пределах спецификации.
Ускоренный стресс-тест (biased HAST):
- Цель: Проверка на коррозию и дендритный рост (электрохимическая миграция) в условиях влажности и смещения.
Метод: JEDEC JESD22-A110. 130°C, 85% относительной влажности, смещенное напряжение, 96 часов.
Приемлемость: Отсутствие отказа изоляционного сопротивления; отсутствие видимого дендритного роста.
Тест на падение:
- Цель: Оценка механической прочности RDL и паяных соединений при ударе.
- Метод: JEDEC JESD22-B111. Тест на падение на уровне платы.
- Приемлемость: Выживание после определенного количества падений (например, 30 падений) без электрического отказа.
Измерение коробления:
- Цель: Убедиться, что подложка достаточно плоская для монтажа SMT.
- Метод: Теневой муар при комнатной температуре, 150°C и 260°C.
- Приемлемость: Коробление <100 мкм (или специфический стандарт JEITA/JEDEC для размера корпуса).
Анализ поперечного сечения (Конструкционный анализ):
- Цель: Проверка физических размеров и качества покрытия.
- Метод: Механическое поперечное сечение и SEM-изображение.
- Приемлемость: Толщина меди, выравнивание переходных отверстий и толщина диэлектрика соответствуют допускам чертежа.
Тест на паяемость:
- Цель: Убедиться, что контактные площадки правильно смачиваются во время сборки.
- Метод: IPC-J-STD-003. Погружение и осмотр или весы для смачивания.
- Приемлемость: Покрытие >95%; равномерное смачивание.

Контрольный список поставщика (RFQ + вопросы аудита)

Используйте этот контрольный список при работе с APTPCB или другими передовыми производителями. Он отличает способных партнеров по RDL от стандартных производителей печатных плат.

Входные данные RFQ (Что вы отправляете)

Gerber/ODB++ Files: Полные данные компоновки с четкими определениями слоев.
Netlist: Формат IPC-356 для верификации электрических испытаний.
Stackup Drawing: Явно показывает толщины диэлектрика, вес меди и типы материалов.
Drill/Via Table: Определяет глухие, скрытые и сквозные переходные отверстия с соотношением сторон.
Impedance Requirements: Конкретные линии и опорные плоскости.
Panelization Drawing: Если у вас есть особые требования к массиву для вашей сборочной линии.
Acceptance Specification: Ссылка на IPC-6012 (Класс 2 или 3) или конкретные внутренние спецификации.
Volume Forecast: EAU (Estimated Annual Usage) для определения ценового уровня и распределения производственной линии.

Подтверждение Возможностей (Что они должны показать)

Минимальная возможность L/S: Могут ли они продемонстрировать стабильное производство с требуемым шагом (например, 5 мкм/5 мкм)? Запросите данные CpK.
Соотношение сторон переходного отверстия: Могут ли они покрыть переходные отверстия с требуемым соотношением сторон (например, 1:1 или 2:1 для глухих отверстий) без пустот?
Опыт SAP/mSAP: Есть ли у них выделенная линия полуаддитивного процесса? (Стандартное субтрактивное травление не может создавать тонкие RDL).
Квалификация материала: Квалифицировали ли они конкретный диэлектрик (например, PI или ABF), который вы запросили?
Моделирование коробления: Могут ли они провести моделирование на основе вашей структуры для прогнозирования коробления до изготовления?
Класс чистой комнаты: Зона формирования изображений RDL относится к Классу 100 или Классу 1000? (Стандартные печатные платы часто не классифицируются или относятся к Классу 10k+).

Система качества и прослеживаемость

Возможности AOI: Каков минимальный размер дефекта, который может обнаружить их AOI? (Должен быть <50% ширины линии).
Электрический тест: Используют ли они летающий зонд (для прототипов) или оснастку (для серийного производства)? Могут ли они тестировать площадки с малым шагом?
Частота поперечных срезов: Как часто они выполняют микросрезы на партию? (Должен быть минимум 1 на партию/панель).
Сертификации: ISO 9001 — это минимум. IATF 16949 предпочтительна для надежности. ISO 13485 для медицинских изделий.
Анализ отказов: Есть ли у них собственное оборудование SEM/EDX для анализа дефектов?

Контроль изменений и доставка

Политика PCN: Согласны ли они предоставлять Уведомление об изменении продукта (PCN) при любом изменении материала или процесса?
Планирование мощности: Каков их текущий коэффициент использования? (Если >90%, сроки выполнения заказов будут сдвигаться).
Буферный запас: Готовы ли они хранить запасы готовой продукции (VMI) для оптовых заказов?
Время выполнения заказа: Каково стандартное время выполнения заказа для сборок RDL? (Часто 4-6 недель для сложных сборок).

Руководство по принятию решений (компромиссы, которые вы действительно можете выбрать)

Каждое проектное решение в трассировке подложки RDL fan-out имеет обратную реакцию.

Компромисс: Ширина линии против выхода годных изделий
Руководство: Если вы отдаете приоритет стоимости, выбирайте более широкие линии (10мкм+). Выход годных изделий экспоненциально падает при приближении к 2-5мкм. Используйте тонкие линии только там, где это абсолютно необходимо для вывода.
Компромисс: Количество слоев против коробления
- Руководство: Если вы отдаете приоритет плоскостности, выбирайте симметричные стеки. Нечетное количество слоев RDL или несбалансированное распределение меди создает эффект биметаллической полосы, вызывая сильное коробление.
Компромисс: Диэлектрический материал против надежности
- Руководство: Если вы отдаете приоритет надежности при термоциклировании, выбирайте Полиимид (ПИ). Он обладает отличным удлинением. Если вы отдаете приоритет разрешению с малым шагом, выбирайте PBO или BCB, которые часто позволяют более тонкую литографию, но могут быть более хрупкими.
Компромисс: Размер переходного отверстия против сопротивления
- Руководство: Если вы отдаете приоритет плотности трассировки, выбирайте меньшие переходные отверстия (10-20мкм). Однако, если вы отдаете приоритет подаче питания, выбирайте более крупные переходные отверстия или массивы переходных отверстий. Малые переходные отверстия имеют высокое сопротивление и индуктивность.
Компромисс: Формат панели против формата пластины
- Руководство: Если вы отдаете приоритет себестоимости единицы продукции при больших объемах, выбирайте Fan-Out на уровне панели (PLP). Использование площади лучше. Если вы отдаете приоритет точности и выходу годных изделий, выбирайте Fan-Out на уровне пластины (WLP). Оборудование для пластин, как правило, более зрелое и точное.

FAQ

В: В чем разница между RDL и стандартными трассами печатных плат? О: Трассы RDL (Redistribution Layer) обычно намного тоньше (толщина 2-5 мкм) и уже (ширина 2-10 мкм), чем стандартные трассы печатных плат. Они создаются с использованием полупроводниковых процессов (напыление, фоторезист, гальваника) на носителе или кристалле, а не путем травления медной фольги на ламинате.

В: Могу ли я использовать стандартный FR-4 для RDL-разводки с выносом (fan-out)? О: В общем, нет. Стеклоткань стандартного FR-4 слишком груба для литографии RDL с тонкими линиями. RDL обычно требует гладких, наносимых центрифугированием или пленочных диэлектриков, таких как полиимид или ABF (Ajinomoto Build-up Film), для достижения необходимого разрешения.

В: Какова типичная допустимая погрешность контроля импеданса для RDL? О: Достижение ±10% является стандартом, но ±5% очень сложно из-за тонкости диэлектрических слоев. Небольшие изменения толщины (например, 0.5 мкм) оказывают большое процентное влияние на импеданс.

В: Как я управляю теплоотводом с RDL? О: Диэлектрики RDL часто являются теплоизоляторами. Для управления теплом необходимо проектировать тепловые переходные отверстия, которые располагаются непосредственно от контактной площадки кристалла до шариков корпуса. Не полагайтесь на боковое распространение тепла через тонкие трассы RDL.

В: Подходит ли RDL-разводка с выносом для высоковольтных применений? О: Обычно нет. Диэлектрические слои очень тонкие (5-10 мкм), что ограничивает напряжение пробоя. Проверьте диэлектрическую прочность (В/мкм) материала и обеспечьте достаточное расстояние для ваших требований по напряжению.

В: Что такое "Keep Out Zone" (KOZ) для RDL? A: Вам нужна КОЗ вокруг края кристалла и края корпуса. Напряжение максимально в углах кристалла. Избегайте трассировки критически важных высокоскоростных сигналов или размещения небольших переходных отверстий точно в точках напряжения углов кристалла, чтобы предотвратить растрескивание.

В: Как APTPCB обеспечивает безопасность данных RDL? О: Мы используем защищенные FTP-серверы и защиту NDA. Производственные данные разделены, что гарантирует доступ к вашим проприетарным проектам трассировки только командам инженеров и CAM, работающим над вашим проектом.

В: Можно ли отремонтировать RDL? О: Нет. В отличие от печатной платы, где для прототипа возможен разрез и перемычка, RDL является микроскопическим и инкапсулированным. Дефект во внутреннем слое RDL приводит к браку изделия. Вот почему внутрипроцессный контроль (AOI) жизненно важен.

Возможности HDI PCB – Поймите основные технологии межсоединений высокой плотности, которые предшествуют или интегрируются со стратегиями RDL.
Передовое производство печатных плат – Изучите более широкий спектр передовых методов изготовления, доступных для сложных конструкций.
Проектирование стека печатных плат – Узнайте, как структурировать слои для балансировки целостности сигнала и механической стабильности, что крайне важно для успеха RDL.
Монтаж BGA и с малым шагом – Проанализируйте проблемы сборки после изготовления подложки, чтобы убедиться, что ваш корпус может быть надежно установлен.
Контроль качества печатных плат – Подробности о стандартах инспекции и сертификациях, которые защищают вашу цепочку поставок.

Запросить коммерческое предложение

Получите обзор DFM и коммерческое предложение от APTPCB

Для получения точного коммерческого предложения по трассировке подложки RDL fan-out, пожалуйста, предоставьте:

Файлы Gerber/ODB++: Полные данные слоев.
Определение стека: Типы материалов и толщины слоев.
Карта сверления/переходов: Определения глухих/скрытых переходов.
Нетлист: Для электрической верификации.
Объем и сроки выполнения: Цели прототипа по сравнению с производственными.

Наша инженерная команда рассмотрит ваши файлы на предмет пригодности к производству ("Design for Manufacturing", DFM), чтобы выявить потенциальные риски выхода годных изделий до начала производства.

Заключение

Трассировка подложки RDL fan-out является основой для следующего поколения компактной, высокопроизводительной электроники. Она преодолевает разрыв между нанометрами кремния и миллиметрами печатных плат. Однако это требует изменения мышления от "печатной платы" к "упакованной системе". Определяя четкие спецификации для линии/зазора и материалов, тщательно проверяя термические и механические риски и проводя аудит вашего поставщика по строгому контрольному списку, вы сможете безопасно справиться с этой сложностью. Успех заключается не только в проектировании, но и в дисциплине исполнения.