Wyślij wiadomość

Aktualności

January 19, 2021

5 kluczy do projektowania opakowań IC nowej generacji

W wielu zastosowaniach pakowanie układów scalonych nowej generacji jest najlepszą drogą do uzyskania skalowania krzemu, gęstości funkcjonalnej i heterogenicznej integracji przy jednoczesnym zmniejszeniu całkowitego rozmiaru opakowania.Heterogeniczna i jednorodna integracja zapewnia ścieżkę do ulepszonej funkcjonalności urządzenia, krótszego czasu wprowadzenia produktu na rynek i odporności krzemu.

Pojawiło się wiele platform technologii integracji, które umożliwiają optymalizację kosztów, rozmiaru, wydajności i mocy, które zaspokajają potrzeby wielu rynków, takich jak komputery mobilne, motoryzacja, 5G, sztuczna inteligencja (AI), rzeczywistość rozszerzona (AR) i rzeczywistość wirtualna ( VR), obliczenia o wysokiej wydajności (HPC), IoT, medycyna i lotnictwo.

Jednak pakiety te stanowią wyjątkowe wyzwanie dla tradycyjnych narzędzi i metodologii projektowania opakowań.Zespoły projektowe muszą współpracować, aby zweryfikować i zoptymalizować cały system, a nie tylko poszczególne elementy.Konstrukcja tradycyjnego podłoża do pakowania układów scalonych jest zwykle bardzo podobna do laminatu i / lub PCB na małą skalę.Jest często wytwarzany przez tradycyjnych producentów PCB i zwykle projektowany przy użyciu zmodyfikowanych narzędzi PCB.

Z drugiej strony, dzisiejsze zaawansowane opakowania wykorzystują techniki produkcyjne, materiały i procesy, które mają coraz więcej wspólnego z procesami odlewnictwa krzemu i wymagają nowego podejścia do projektowania i weryfikacji na wszystkich poziomach.

Jednym z pierwszych wyzwań, jakim musi stawić czoła zespół projektowy, jest dokładna agregacja podłoży - które mogą być zarówno aktywne, jak i pasywne - oraz dyskretnych urządzeń.Te podłoża i urządzenia pochodzą z wielu źródeł i dostawców i najprawdopodobniej są dostępne w wielu, często różnych formatach.

Biorąc pod uwagę wiele źródeł i formatów danych, jest oczywiste, że wymagany jest kompleksowy przepływ weryfikacji - taki, który uwzględnia fizyczną weryfikację na poziomie zespołu, a także bardziej dogłębną weryfikację elektryczną, obciążeniową i testowalności na poziomie systemu.Potrzebne są również narzędzia projektowe, które zapewniają szybkie, dokładne i zautomatyzowane przepływy, aby zapewnić spełnienie harmonogramów rynkowych i oczekiwań dotyczących wydajności.Idealnie, te przepływy zapewniają pojedynczy zintegrowany proces zbudowany wokół cyfrowego modelu 3D lub cyfrowego bliźniaka całego heterogenicznego zespołu pakietu.

Te pakiety układów scalonych nowej generacji wymagają rozwiązania do projektowania i weryfikacji nowej generacji, które obejmuje i obsługuje:

Cyfrowe prototypowanie
Integracja z wieloma domenami
Skalowalność i zasięg
Przekazanie produkcji precyzyjnej
Złoty podpis

Cyfrowy bliźniak dla wirtualnego prototypu

Zbudowanie cyfrowego bliźniaka, wirtualnego modelu heterogenicznego zespołu 2.5D / 3D zapewnia kompleksową reprezentację całego systemu obejmującego wiele urządzeń i podłoży.Cyfrowy bliźniak umożliwia automatyczną weryfikację heterogenicznych zespołów, począwszy od sprawdzania reguł projektowania na poziomie podłoża (DRC) i rozszerzając się na układ kontra schemat (LVS), układ kontra układ (LVL), ekstrakcję pasożytniczą, analizę naprężeń i termiczną, a na końcu .

najnowsze wiadomości o firmie 5 kluczy do projektowania opakowań IC nowej generacji  0

Rysunek 1 Prawdziwy wirtualny prototyp bliźniaka cyfrowego 3D jest planem całego urządzenia.Źródło: Mentor Graphics

 

Konstrukcja modelu wymaga zdolności do agregowania danych z różnych źródeł i w różnych formatach w spójną reprezentację systemu, odpowiednią do weryfikacji i analizy.W idealnym przypadku odbywa się to przy użyciu standardowych formatów branżowych, takich jak pliki LEF / DEF, AIF, GDS lub CSV / TXT.Funkcjonalność powinna również istnieć w sposób, który automatycznie rozpoznaje interfejsy urządzenia i podłoża bez konieczności tworzenia instancji pseudo-komponentów.Pozwala to na asynchroniczne projektowanie i weryfikację wielu projektantów.To z kolei zapewnia ogólny sukces systemu, gdy wszystkie komponenty są kompletne i zintegrowane.

Jedną z głównych zalet podejścia cyfrowego bliźniaka jest to, że służy jako złote odniesienie do prowadzenia pełnej weryfikacji fizycznej i elektrycznej na każdym poziomie hierarchii projektowej.Eliminuje to używanie wielu statycznych arkuszy kalkulacyjnych do przedstawiania informacji o pinach i połączeniach, zastępując je pełną listą sieci na poziomie systemu w formacie Verilog.

Kluczowe znaczenie ma zachowanie i ponowne wykorzystanie oryginalnych danych, takich jak opis urządzenia Verilog.Największe ryzyko pojawia się, gdy następuje tłumaczenie lub konwersja, na przykład w przypadku schematu lub arkusza kalkulacyjnego.Jeśli tak się stanie, „wątek cyfrowy” zostanie natychmiast zerwany, a ryzyko błędów łączności gwałtownie wzrośnie.

Integracja z wieloma domenami

Metodologia cyfrowych bliźniaków umożliwia również integrację wielodomenową i międzydomenową.Szybsze wprowadzanie na rynek bardziej złożonych zaawansowanych układów scalonych wymaga wysoce zintegrowanego projektu i weryfikacji - od elektronicznego projektu podłoża po mechaniczny rozpraszacz ciepła pakietu i sprzęt do montażu PCB, w tym powiązane aspekty elektryczne, termiczne, testowe, niezawodność i oczywiście , możliwość produkcji.Bez podejścia systemowego do projektowania i weryfikacji inżynierowie ryzykują kosztowne lub gorsze odpowiedzi.

Synchronizacja informacji elektrycznych i mechanicznych ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia, że ​​nie dojdzie do fizycznych naruszeń, gdy paczka zostanie umieszczona w obudowie lub w całym systemie.Stopniowa wymiana danych podczas projektowania ma fundamentalne znaczenie dla zapewnienia zgodności ECAD-MCAD i zwiększonego sukcesu pierwszego przejścia.Pomaga również w tworzeniu bardziej wytrzymałych projektów, zwiększając jednocześnie produktywność i skracając czas wprowadzenia na rynek.

Niezwykle ważne jest, aby zarówno projektant pakietów IC, jak i projektant niestandardowych rozpraszaczy ciepła mogli wizualizować, badać i optymalizować integrację, najlepiej jako proces asynchroniczny, który minimalizuje przerwy między domenami.

najnowsze wiadomości o firmie 5 kluczy do projektowania opakowań IC nowej generacji  1

Rysunek 2 Metodologia cyfrowych bliźniaków umożliwia integrację wielodomenową i międzydomenową.Źródło: Mentor Graphics

 

Synchronizacja między projektem opakowania a projektem mechanicznym / termicznym jest również znaczącym wyzwaniem dla dobrego sukcesu za pierwszym razem.Heterogeniczne opakowania wieloskładnikowe wykazują wiele interakcji chip-pakiet, z których jednym z największych jest termiczne rozpraszanie ciepła, zwłaszcza ciepła generowanego nieliniowo, typowego dla takich opakowań.

Typowe podejście do zarządzania ciepłem wykorzystuje rozpraszacz ciepła do przenoszenia i rozpraszania ciepła.Ale radiator jest tak dobry, jak jego konstrukcja.Aby rozpraszacz ciepła był wydajny i skuteczny, należy go zaprojektować i przeprowadzić symulację w połączeniu z zestawem, a nie w ramach refleksji.Projektowanie całego pakietu w 3D zapewnia efektywną realizację wymiany ciepła bez znaczących kompromisów projektowych.

najnowsze wiadomości o firmie 5 kluczy do projektowania opakowań IC nowej generacji  2

Rysunek 3 Jest to konstrukcja rozpraszacza ciepła ze zintegrowanym sterowaniem cyfrowym.Źródło: Mentor Graphics

 

Zarówno układanie w stosy 2,5D, jak i 3D może powodować różne niezamierzone naprężenia fizyczne, takie jak wypaczanie podłoża podczas montażu i naprężenia wywołane uderzeniami.Projektanci muszą być w stanie przeanalizować układ pod kątem naprężeń spowodowanych takimi interakcjami chip-pakiet i ich wpływ na wydajność urządzenia.Gdy pakiet jest bliski zakończenia wdrożenia, dokładny model termiczny opakowania 3D można wyeksportować w celu włączenia do szczegółowej analizy termicznej PCB i całego systemu.Umożliwia to ostateczne dostrojenie obudowy systemu i pozwala na optymalizację naturalnego i / lub wymuszonego chłodzenia.

Zaawansowane pakiety układów scalonych niosą ze sobą wiele nowych wyzwań dla inżynierów integralności sygnału i ich narzędzi projektowych.Matryce są montowane bezpośrednio do podłoża, więc możliwe jest prowadzenie podłoża do połączenia z warstwą redystrybucyjną na matrycy.Pakiety nie są już prostymi, płaskimi strukturami warstwowymi z łatwymi do modelowania prostymi przejściami między warstwami metalu.Zamiast tego może istnieć wiele podłoży z bardzo różnych materiałów i właściwości.Analiza może być z powodzeniem stosowana w przypadku wielu elementów związanych z integralnością sygnału i mocy.

Ponadto istnieje wiele elementów, których symulowanie jest trudne.Na ogół należą one do kategorii zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).Chociaż te problemy EMI utworzone przez ścieżkę powrotu mogą być analizowane i symulowane, zwykle nie jest to produktywne.Na przykład, w przypadku śladu przecinającego pęknięcie w samolocie, ustawienia symulacji i czasy działania będą znaczne, a wszyscy inżynierowie dowiedzą się, że takie sytuacje są złe i należy ich unikać.

Te problemy najlepiej identyfikuje się poprzez zautomatyzowaną programową inspekcję opartą na geometrii i sprawdzanie podczas projektowania.Można je zazwyczaj skonfigurować i wykonać w ciągu kilku minut, a obszary problemów są wyraźnie zaznaczone w celu podjęcia działań naprawczych.Takie podejście „przesuwania w lewo” zapobiega przede wszystkim tworzeniu się problemów, czyniąc analizę EMI bardziej krokiem weryfikacyjnym.

Heterogeniczne konstrukcje 2.5D i 3D zwykle wykorzystują przelotki krzemowe (TSV), które są długimi przelotkami przechodzącymi przez matrycę lub podłoże, aby połączyć stronę przednią i tylną.Te TSV umożliwiają układanie matryc i substratów oraz bezpośrednie wzajemne połączenie.Jednak oprócz swoich własnych znaczących charakterystyk elektrycznych, TSV mają również pośredni wpływ na zachowanie elektryczne urządzeń i połączeń w ich pobliżu.

Aby dokładnie zamodelować heterogeniczny system 2,5D / 3D, projektant potrzebuje narzędzi, które wyodrębniają precyzyjne parametry elektryczne ze struktury fizycznej tych elementów 2,5D / 3D, które następnie można wprowadzić do symulatorów behawioralnych.Wykorzystując cyfrowy model bliźniaka 3D całego zespołu pakietu, projektanci mogą dokładnie wyodrębnić pasożyty tych modeli 2,5D i 3D.Po prawidłowym wyodrębnieniu elementów, przy użyciu odpowiedniej metodologii i procesu, można je złożyć w model połączeń międzysieciowych na poziomie systemu i przeprowadzić symulację w celu analizy wydajności i odpowiedniej zgodności z protokołami.

Skalowalność i zasięg

Heterogeniczne technologie pakowania są bardziej skomplikowane w projektowaniu, wytwarzaniu i montażu, potencjalnie ograniczając ich dostępność dla wszystkich z wyjątkiem wiodących producentów półprzewodników i ich najnowocześniejszych projektów.Na szczęście ekosystem projektowania i łańcucha dostaw może odegrać potężną rolę w umożliwieniu demokratyzacji takich technologii, udostępniając je wszystkim projektantom i firmom - podobnie jak świat odlewnictwa krzemu w przypadku zestawów do projektowania procesów (PDK), które stały się wszechobecny.

Zautomatyzowana weryfikacja IC jest oparta na zasadach projektowych stworzonych przez odlewnię i dostarczonych w PDK do projektowania domów.Dostawcy narzędzi EDA kwalifikują swoje zestawy narzędzi pod kątem tych zasad, aby mieć pewność, że ich narzędzia weryfikacyjne dają sprawdzone, powtarzalne i potwierdzone wyniki jakości.Zadanie zestawu do projektowania zespołu opakowań (PADK) jest podobne do zadania PDK - ułatwia produkcję i wydajność przy użyciu ustandaryzowanych reguł, które zapewniają spójność w całym procesie.

Oczywiście PADK musi zawierać zarówno rozwiązanie do weryfikacji fizycznej, jak i do wyodrębniania, a także powinien uwzględniać rozwiązania do oznaczania temperatury i / lub naprężeń.Wszystkie te procesy powinny być niezależne od jakiegokolwiek konkretnego narzędzia projektowego lub procesu używanego do tworzenia zespołu.Ponadto kompletny PADK musi działać zarówno w domenach IC, jak i domenach pakowania, co oznacza, że ​​przepływ musi obsługiwać wiele formatów.Wreszcie, wszystkie te procesy weryfikacji muszą zostać zatwierdzone przez firmę zajmującą się montażem pakietów / OSAT.

Skala i złożoność zaawansowanych pakietów układów scalonych wywiera natychmiastową presję na projektanta i harmonogram projektowania, który często ulega wydłużeniu.Pojawiającym się popularnym podejściem do zarządzania tym jest współbieżny projekt zespołowy, w którym wielu projektantów jednocześnie pracuje nad tym samym projektem w sieciach lokalnych lub globalnych, zachowując jednak możliwość wizualizacji wszystkich działań projektowych bez konieczności znoszenia uciążliwej konfiguracji lub zarządzania procesami.

najnowsze wiadomości o firmie 5 kluczy do projektowania opakowań IC nowej generacji  3

Rysunek 4 Współbieżne projektowanie dla wielu użytkowników może skrócić cykle projektowe i zoptymalizować zasoby.Źródło: Mentor Graphics

Od KEITH FELTON.

 

Szczegóły kontaktu