Haberler

Birçok uygulama için, yeni nesil IC paketleme, genel paket boyutunu azaltırken silikon ölçeklendirme, fonksiyonel yoğunluk ve heterojen entegrasyon elde etmenin en iyi yoludur.Heterojen ve homojen entegrasyon, gelişmiş cihaz işlevselliği, daha hızlı pazarlama süresi ve silikon verim esnekliği için bir yol sunar.

Mobil bilgi işlem, otomotiv, 5G, yapay zeka (AI), artırılmış gerçeklik (AR) ve sanal gerçeklik (AR) gibi birden çok pazarın ihtiyacını karşılayan maliyet, boyut, performans ve güç optimizasyonlarına izin veren çoklu entegrasyon teknolojisi platformları ortaya çıktı. VR), yüksek performanslı bilgi işlem (HPC), IoT, medikal ve havacılık.

Ancak bu paketler, geleneksel paket tasarım araçları ve metodolojileri için benzersiz zorluklar sunar.Tasarım ekipleri, yalnızca tek tek unsurları değil, tüm sistemi doğrulamak ve optimize etmek için birlikte çalışmalıdır.Geleneksel IC paketleme substratı tasarımı tipik olarak küçük ölçekli bir laminat ve / veya biriktirme tabanlı PCB'ye çok benzer.Genellikle geleneksel PCB üreticileri tarafından üretilir ve genellikle değiştirilmiş PCB araçlarıyla tasarlanır.

Buna karşılık, günümüzün gelişmiş paketleri, silikon dökümhane işlemleriyle giderek daha fazla ortak olan üretim tekniklerini, malzemeleri ve süreçleri kullanmaktadır ve her seviyede tasarım ve doğrulama için yeni bir yaklaşım gerektirir.

Bir tasarım ekibinin üstesinden gelmesi gereken ilk zorluklardan biri, hem aktif hem de pasif olabilen - ve ayrı cihazların doğru bir şekilde toplanmasıdır.Bu alt tabakalar ve cihazlar birden çok kaynaktan ve tedarikçiden gelir ve büyük olasılıkla birden çok ve genellikle farklı formatlarda mevcuttur.

Birden çok veri kaynağı ve biçimi göz önüne alındığında, kapsamlı bir doğrulama akışının gerekli olduğu açıktır - montaj düzeyinde fiziksel doğrulamanın yanı sıra daha derinlemesine, sistem düzeyinde elektriksel, stres ve test edilebilirlik doğrulamasını da hesaba katan bir akış.Ayrıca, pazar programlarının ve performans beklentilerinin karşılanabilmesini sağlamak için hızlı, doğru ve otomatik akışlar sağlayan tasarım araçlarına da ihtiyaç vardır.İdeal olarak, bu akışlar, tüm heterojen paket montajının bir 3B dijital modeli veya dijital ikizi etrafında oluşturulmuş tek bir entegre işlem sağlar.

Bu yeni nesil IC paketleri, aşağıdakileri içeren ve destekleyen yeni nesil bir tasarım ve doğrulama çözümüne ihtiyaç duyar:

Dijital prototipleme
Çok alanlı entegrasyon
Ölçeklenebilirlik ve aralık
Hassas üretim devri
Altın imza

Sanal prototip için dijital ikiz

2.5D / 3D heterojen montajın dijital bir ikiz, sanal modelini oluşturmak, birden fazla cihaz ve alt tabakadan oluşan tam sistemin kapsamlı bir temsilini sağlar.Dijital ikiz, substrat seviyesinde tasarım kuralı kontrolü (DRC) ile başlayan ve düzene karşı şematik (LVS), düzene karşı yerleşim (LVL), parazitik ekstraksiyon, stres ve termal analiz ve son olarak test ile başlayarak heterojen montajların otomatik olarak doğrulanmasını sağlar. .

Şekil 1 Gerçek bir 3B dijital ikiz sanal prototip, tüm bir cihazın taslağıdır.Kaynak: Mentor Graphics

Model inşası, farklı kaynaklardan ve farklı formatlardaki verileri doğrulama ve analiz yapmaya uygun birleşik bir sistem temsilinde bir araya getirme becerisini gerektirir.İdeal olarak bu, LEF / DEF, AIF, GDS veya CSV / TXT dosyaları gibi endüstri standardı formatlar kullanılarak yapılır.İşlevsellik, sahte bileşenlerin somutlaştırılmasına gerek kalmadan aygıt ve alt tabaka arabirimlerini otomatik olarak tanıyan bir şekilde de mevcut olmalıdır.Bu, çok tasarımcılı asenkron tasarıma ve doğrulamaya izin verir.Bu da, tüm bileşenler tamamlandığında ve entegre edildiğinde genel sistem başarısını garanti eder.

Dijital ikiz yaklaşımın temel faydalarından biri, tasarım hiyerarşisinin her seviyesinde tam fiziksel ve elektriksel doğrulamayı yürütmek için altın referans görevi görmesidir.Bu, pin ve bağlantı bilgilerini temsil etmek için birden çok statik elektronik tablo kullanmayı ortadan kaldırır ve bunları Verilog biçiminde tam, sistem düzeyinde bir ağ listesi ile değiştirir.

Bir cihazın Verilog açıklaması gibi orijinal verilerin korunması ve yeniden kullanılması çok önemlidir.En büyük risk, şematik veya elektronik tablo gibi çeviri veya dönüştürme gerçekleştiğinde ortaya çıkar.Bu yapılırsa, "dijital iş parçacığı" hemen kırılır ve bağlantı hatası riski fırlar.

Çok alanlı entegrasyon

Dijital ikiz metodoloji aynı zamanda çoklu alan ve alanlar arası entegrasyon sağlar.Daha karmaşık, gelişmiş IC paketlerini pazara daha hızlı getirmek, elektronik alt tabaka tasarımından mekanik paket ısı dağıtıcı ve PCB montaj donanımına kadar, elektrik, termal, test, güvenilirlik ve tabii ki birbiriyle ilişkili yönler dahil olmak üzere son derece entegre tasarım ve doğrulama gerektirir , üretilebilirlik.Tasarım ve doğrulama için sistem düzeyinde bir yaklaşım olmadan, mühendisler maliyetli veya daha kötü yanıtlarla karşılaşma riskini alır.

Elektriksel ve mekanik bilgilerin senkronizasyonu, bir paket bir muhafaza içine veya bütün bir sisteme yerleştirildiğinde hiçbir fiziksel ihlalin olmamasını sağlamak için çok önemlidir.Tasarım sırasında artan veri alışverişi, ECAD-MCAD uyumluluğunu sağlamak ve ilk geçiş başarısını artırmak için temeldir.Aynı zamanda daha sağlam tasarımların oluşturulmasına yardımcı olurken üretkenliği artırır ve daha hızlı pazara sunma süresi sağlar.

Hem IC paketi tasarımcısının hem de özel ısı dağıtıcı tasarımcısının, ideal olarak alanlar arası kesintileri en aza indiren eşzamansız bir süreç olarak entegrasyonu görselleştirmesi, araştırması ve optimize etmesi son derece önemlidir.

Şekil 2 Dijital ikiz metodolojisi, çoklu alan ve alanlar arası entegrasyon sağlar.Kaynak: Mentor Graphics

Paket tasarımı ile mekanik / termal tasarım arasındaki senkronizasyon da ilk seferde doğru başarı için önemli bir zorluktur.Heterojen çok substratlı paketler, çok sayıda yonga paketi etkileşimi sergiler; en büyüğünden biri ısının termal yayılımı, özellikle bu tür paketlerde tipik olan doğrusal olmayan şekilde üretilen ısıdır.

Termal yönetime tipik bir yaklaşım, ısı transferi ve dağıtımı için bir ısı dağıtıcı kullanır.Ancak bir ısı dağıtıcı yalnızca tasarımı kadar iyidir.Isı dağıtıcının verimli ve etkili olabilmesi için, sonradan değil, paketle birlikte tasarlanmalı ve simüle edilmelidir.Tüm paketin 3 boyutlu olarak tasarlanması, önemli tasarım ödünleri olmaksızın verimli ısı transferi gerçekleştirilmesini sağlar.

Şekil 3 Bu, dijital ikiz tahrikli entegre bir ısı dağıtıcı tasarımıdır.Kaynak: Mentor Graphics

Hem 2.5D hem de 3D istifleme, montaj sırasında alt tabaka çarpılması ve çarpma kaynaklı stres gibi çeşitli kasıtsız fiziksel gerilimler oluşturabilir.Tasarımcılar, bu tür yonga paketi etkileşimlerinin neden olduğu stresler ve bunların cihaz performansı üzerindeki etkileri için bir düzeni analiz edebilmelidir.Paket uygulama tamamlanmaya yaklaştığında, doğru 3B paketleme termal modeli, ayrıntılı PCB'ye ve tam sistem termal analizine dahil edilmek üzere ihraç edilebilir.Bu, sistem muhafazasının son ayarını sağlar ve doğal ve / veya zorlamalı soğutmanın optimize edilmesini sağlar.

Gelişmiş IC paketleri, sinyal bütünlüğü mühendisleri ve tasarım araçları için birçok yeni zorluk getiriyor.Kalıplar doğrudan alt tabakaya monte edilir, böylece alt tabakanın kalıp üzerinde yeniden dağıtım tabakası yönlendirme bağlantısına yönlendirilmesi olasılığı mümkündür.Paketler artık metal katmanlar arasında kolayca modellenen basit yollarla basit düzlemsel katman yapıları değildir.Bunun yerine, çok farklı malzemelerden ve özelliklerden oluşan çok sayıda alt tabaka olabilir.Analiz, sinyal ve güç bütünlüğü ile ilgili bir dizi öğe için başarıyla kullanılabilir.

Ek olarak, simüle edilmesi zor olan birkaç öğe vardır.Bunlar genellikle elektromanyetik girişim (EMI) kategorisine girer.Bu dönüş yolu ile oluşturulan EMI sorunları analiz edilebilir ve simüle edilebilirken, normalde bunu yapmak verimli değildir.Örneğin, bir düzlemdeki bir bölünmeyi geçen bir iz olması durumunda, simülasyon kurulumu ve çalışma süreleri önemli olacaktır ve tüm mühendisler bu tür durumların kötü olduğunu ve kaçınılması gerektiğini öğreneceklerdir.

Bu sorunlar en iyi şekilde yazılımla otomatikleştirilmiş, geometri tabanlı inceleme ve tasarım sırasında kontrol yoluyla belirlenir.Bunlar tipik olarak dakikalar içinde kurulabilir ve uygulanabilir, sorun alanları düzeltici tasarım eylemi için açıkça vurgulanmıştır.Böyle bir "sola kaydırma" yaklaşımı, sorunların ilk etapta yaratılmasını engelleyerek EMI analizini daha çok bir doğrulama imzalama adımı haline getirir.

2.5D ve 3D heterojen tasarımlar, tipik olarak, ön ve arka tarafı bağlamak için kalıp veya alt tabaka boyunca uzanan uzun yollar olan silikon yollar (TSV'ler) aracılığıyla kullanır.Bu TSV'ler, kalıp ve alt tabakaların istiflenmesine ve doğrudan birbirine bağlanmasına izin verir.Bununla birlikte, TSV'lerin kendi önemli elektrik özelliklerine ek olarak, çevrelerindeki cihazların ve ara bağlantıların elektriksel davranışları üzerinde de dolaylı bir etkisi vardır.

Bir 2.5D / 3D heterojen sistemi doğru bir şekilde modellemek için, bir tasarımcının bu 2.5D / 3D elemanların fiziksel yapısından hassas elektriksel parametreleri çıkaran ve daha sonra davranış simülatörlerine beslenebilen araçlara ihtiyacı vardır.Tasarımcılar, komple paket montajının 3D dijital ikiz modelini kullanarak bu 2.5D ve 3D modellerin asalaklarını doğru bir şekilde çıkarabilirler.Öğeler doğru bir şekilde çıkarıldıktan sonra, uygun metodoloji ve süreç kullanılarak, sistem düzeyinde bir ara bağlantı modelinde birleştirilebilir ve performansı ve uygun protokol uyumluluğunu analiz etmek için simüle edilebilir.

Ölçeklenebilirlik ve aralık

Heterojen ambalaj teknolojilerinin tasarlanması, üretilmesi ve birleştirilmesi daha karmaşıktır, bu da kullanılabilirliklerini, önde gelen yarı iletken şirketler ve onların son teknoloji tasarımları dışındaki herkes için potansiyel olarak sınırlandırır.Neyse ki, tasarım ve tedarik zinciri ekosistemi, bu tür teknolojilerin demokratikleşmesini sağlamada güçlü bir rol oynayabilir ve bunları tüm tasarımcıların ve şirketlerin erişebileceği bir yere koyabilir - tıpkı silikon dökümhanesinin, işlem tasarım kitleri (PDK'lar) ile yaptığı gibi. her yerde.

Otomatik IC doğrulaması, dökümhane tarafından oluşturulan tasarım kuralları tarafından yönlendirilir ve evleri tasarlamak için bir PDK'da sağlanır.EDA aracı tedarikçileri, doğrulama araçlarının kanıtlanmış, tekrarlanabilir, imzalama kalitesinde sonuçlar üretmesini sağlamak için araç setlerini bu kurallara göre nitelendirir.Bir paket montaj tasarım kitinin (PADK) amacı, PDK'ninkine benzer — bir süreç boyunca tutarlılığı sağlayan standartlaştırılmış kuralları kullanarak üretilebilirliği ve performansı kolaylaştırın.

Açıktır ki, bir PADK hem fiziksel bir doğrulama hem de ekstraksiyon imzalama çözümü içermelidir ve ayrıca termal ve / veya stres imzalama çözümlerini de ele almalıdır.Tüm bu süreçler, montajı oluşturmak için kullanılan herhangi bir özel tasarım aracından veya işleminden bağımsız olmalıdır.Ek olarak, eksiksiz bir PADK, hem IC hem de paketleme alanlarında çalışmalıdır, bu da akışın birden çok formatı desteklemesi gerektiği anlamına gelir.Son olarak, tüm bu doğrulama süreçleri paket montajı / OSAT şirketi tarafından doğrulanmalıdır.

Gelişmiş IC paketlerinin ölçeği ve karmaşıklığı, tasarımcı ve genellikle genişleyen tasarım programı üzerinde anında baskı oluşturur.Bunu yönetmek için ortaya çıkan popüler bir yaklaşım, birden fazla tasarımcının yerel veya küresel ağlarda aynı anda aynı tasarım üzerinde çalıştığı, ancak herhangi bir zahmetli kurulum veya süreç yönetimine katlanmak zorunda kalmadan tüm tasarım faaliyetlerini görselleştirme yeteneğini sürdürdüğü eşzamanlı ekip tasarımıdır.

Şekil 4 Çok kullanıcılı eşzamanlı tasarım, tasarım döngülerini kısaltabilir ve kaynakları optimize edebilir.Kaynak: Mentor Graphics

KEITH FELTON'dan.