Ειδήσεις

Για πολλές εφαρμογές, η συσκευασία ολοκληρωμένου κυκλώματος επόμενης γενιάς είναι η καλύτερη πορεία για να επιτύχει το ξελέπιασμα πυριτίου, τη λειτουργική πυκνότητα, και την ετερογενή ολοκλήρωση μειώνοντας το γενικό μέγεθος συσκευασίας. Η ετερογενής και ομοιογενής ολοκλήρωση προσφέρει μια πορεία στην ενισχυμένη λειτουργία συσκευών, τη γρηγορότερη χρόνος--αγορά, και την ανθεκτικότητα παραγωγής πυριτίου.

Οι πολλαπλάσιες πλατφόρμες τεχνολογίας ολοκλήρωσης έχουν προκύψει που επιτρέπουν το κόστος, το μέγεθος, την απόδοση, και τις βελτιστοποιήσεις δύναμης που ικανοποιούν την ανάγκη των πολλαπλάσιων αγορών, όπως ο κινητός υπολογισμός, αυτοκίνητος, 5G, η τεχνητή νοημοσύνη (AI), η αυξημένη πραγματικότητα (AR) και η εικονική πραγματικότητα (VR), ο υπολογιστής υψηλής απόδοσης (HPC), IoT, ιατρικός, και το αεροδιάστημα.

Εντούτοις, αυτές οι συσκευασίες παρουσιάζουν τις μοναδικές προκλήσεις για τα παραδοσιακά εργαλεία σχεδίου συσκευασίας και τις μεθοδολογίες. Οι ομάδες σχεδίου πρέπει να εργαστούν μαζί για να ελέγξουν και να βελτιστοποιήσουν το ολόκληρο σύστημα, όχι μόνο τα μεμονωμένα στοιχεία. Το παραδοσιακό σχέδιο υποστρωμάτων συσκευασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι χαρακτηριστικά πολύ παρόμοιο με ένα μικρής κλίμακας φυλλόμορφο ή/και βασισμένο στη συγκέντρωση PCB. Κατασκευάζεται συχνά από τα παραδοσιακά fabricators PCB και σχεδιάζεται συνήθως με τα τροποποιημένα εργαλεία PCB.

Αντίθετα, οι σημερινές προηγμένες συσκευασίες χρησιμοποιούν τις τεχνικές κατασκευής, τα υλικά, και τις διαδικασίες που έχουν τις όλο και περισσότερο περισσότεροι από κοινού με πυριτίου διαδικασίες χυτηρίων και απαιτούν μια νέα προσέγγιση για τα επίπεδα σχεδίου και επαλήθευσης καθόλου.

Ένας από τον πρώτο προκαλεί μια ομάδα σχεδίου πρέπει να υπερνικήσει είναι η ακριβής συνάθροιση υπόστρωμα-της οποίας μπορεί να είναι και ενεργός και παθητικός-και ιδιαίτερες συσκευές. Αυτές οι υποστρώματα και συσκευές προέρχονται από τις πολλαπλές πηγές και τους προμηθευτές και, πλέον πιθανός, είναι διαθέσιμα με τα πολλαπλάσια και συχνά διαφορετικά σχήματα.

Λαμβάνοντας υπόψη τις πολλαπλά πηγές στοιχείων και τα σχήματα, είναι σαφές ότι μια περιεκτική ροή επαλήθευσης είναι απαιτώ-μια που λογαριάζει για την συνέλευση-ισόπεδη φυσική επαλήθευση, καθώς επίσης και πιό σε βάθος, σύστημα-ισόπεδους ηλεκτρικό, την πίεση, και την επαλήθευση δυνατότητας δοκιμής. Επίσης απαιτούνται τα εργαλεία σχεδίου που παραδίδουν γρήγορα, οι ακριβείς, και αυτοματοποιημένες ροές ώστε να εξασφαλιστεί ότι τα προγράμματα αγοράς και οι προσδοκίες απόδοσης μπορούν να ικανοποιηθούν. Ιδανικά, αυτές οι ροές παρέχουν μια ενιαία ενσωματωμένη διαδικασία που χτίζεται γύρω από ένα τρισδιάστατο ψηφιακό πρότυπο, ή το ψηφιακό δίδυμο, της ολόκληρης ετερογενούς συνέλευσης συσκευασίας.

Αυτές οι συσκευασίες ολοκληρωμένου κυκλώματος επόμενης γενιάς χρειάζονται μια λύση σχεδίου και επαλήθευσης επόμενης γενιάς που ενσωματώνουν και υποστηρίζουν:

Ψηφιακή διαμόρφωση πρωτοτύπου
Ολοκλήρωση πολυ-περιοχών
Εξελιξιμότητα και σειρά
Ακρίβεια που κατασκευάζει handoff
Χρυσό signoff

Ψηφιακό δίδυμο για το εικονικό πρωτότυπο

Η οικοδόμηση ενός ψηφιακού δίδυμου, εικονικού προτύπου της ετερογενούς συνέλευσης 2.5D/3D παρέχει μια περιεκτική αντιπροσώπευση του πλήρους συστήματος περιλαμβάνοντας τις πολλαπλάσια συσκευές και τα υποστρώματα. Το ψηφιακό δίδυμο επιτρέπει την αυτοματοποιημένη επαλήθευση των ετερογενών συνελεύσεων αρχίζοντας με τον υπόστρωμα-ισόπεδο κανόνα σχεδίου που ελέγχει (DRC) και που επεκτείνεται στο σχεδιάγραμμα εναντίον της σχηματικής αναπαράστασης (LVS), το σχεδιάγραμμα εναντίον του σχεδιαγράμματος (LVL), την παρασιτική εξαγωγή, την πίεση και τη θερμική ανάλυση, και, τελικά, τη δοκιμή.

Το σχήμα 1 αληθινό τρισδιάστατο ψηφιακό δίδυμο εικονικό πρωτότυπο Α είναι το σχεδιάγραμμα μιας ολόκληρης συσκευής. Πηγή: Γραφική παράσταση συμβούλων

Η πρότυπη κατασκευή απαιτεί τη δυνατότητα να αθροιστούν τα στοιχεία από τις διαφορετικές πηγές και με τα διαφορετικά σχήματα σε μια συνεκτική αντιπροσώπευση συστημάτων κατάλληλη να οδηγήσει την επαλήθευση και την ανάλυση. Ιδανικά, αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας τα σχήματα βιομηχανικά τυποποιημένων όπως τα αρχεία LEF/DEF, AIF, GDS, ή CSV/TXT. Η λειτουργία πρέπει επίσης να υπάρξει με τέτοιο τρόπο ώστε που αναγνωρίζει αυτόματα τις διεπαφές συσκευών και υποστρωμάτων χωρίς να πρέπει instantiate τα ψευδο συστατικά. Αυτό επιτρέπει το ασύγχρονες σχέδιο και την επαλήθευση πολυ-σχεδιαστών. Αυτός, με τη σειρά, εξασφαλίζει γενική επιτυχία συστημάτων όταν ολοκληρώνονται όλα τα συστατικά και ενσωματώνονται.

Ένα από τα αρχικά οφέλη της ψηφιακής δίδυμης προσέγγισης είναι ότι χρησιμεύει ως η χρυσή αναφορά στην πλήρη φυσική και ηλεκτρική επαλήθευση κίνησης σε κάθε επίπεδο της ιεραρχίας σχεδίου. Αυτός αποβάλλει τη χρησιμοποίηση των πολλαπλάσιων, στατικών υπολογισμών με λογιστικό φύλλο (spreadsheet) για να αντιπροσωπεύσει την καρφίτσα και τις πληροφορίες συνδετικότητας, που αντικαθιστούν τους με ένα πλήρες, σύστημα-ισόπεδο netlist με το σχήμα Verilog.

Η συντήρηση και η επαναχρησιμοποίηση των αρχικών στοιχείων, όπως η περιγραφή Verilog μιας συσκευής, είναι βασικές. Ο μεγαλύτερος κίνδυνος έρχεται όταν εμφανίζεται η μετάφραση ή η μετατροπή, όπως με μια σχηματική αναπαράσταση ή έναν υπολογισμό με λογιστικό φύλλο (spreadsheet). Εάν αυτό γίνεται, το «ψηφιακό νήμα» είναι αμέσως σπασμένο, και ο κίνδυνος για τα λάθη συνδετικότητας ανεβάζει στα ύψη.

Ολοκλήρωση πολυ-περιοχών

Μια ψηφιακή δίδυμη μεθοδολογία επιτρέπει επίσης την ολοκλήρωση πολυ-περιοχών και διαγώνιος-περιοχών. Να φέρει τα πιό σύνθετα προηγμένα πακέτα ολοκληρωμένου κυκλώματος στην αγορά απαιτεί γρηγορότερα το ιδιαίτερα-ενσωματωμένο σχέδιο και επαλήθευση-από το ηλεκτρονικό σχέδιο υποστρωμάτων στο μηχανικούς διαστολέα θερμότητας πακέτων και να τοποθετήσει PCB το υλικό, συμπεριλαμβανομένων των αλληλένδετων πτυχών της ηλεκτρικών, θερμικών, δοκιμής, της αξιοπιστίας, και, φυσικά, του manufacturability. Χωρίς μια σύστημα-ισόπεδη προσέγγιση στο σχέδιο και την επαλήθευση, οι μηχανικοί διακινδυνεύουν τα δαπανηρά respins ή χειρότερα.

Ο συγχρονισμός των ηλεκτρικών και μηχανικών πληροφοριών είναι ουσιαστικός ώστε η εξασφάλιση ότι καμία φυσική παραβίαση δεν εμφανίζεται όταν τοποθετείται μια συσκευασία μέσα σε μια περίφραξη ή ένα ολόκληρο σύστημα. Η επαυξητική ανταλλαγή των στοιχείων κατά τη διάρκεια του σχεδίου είναι θεμελιώδης στην εξασφάλιση της συμβατότητας ecad-MCAD και της αυξανόμενης πρώτης επιτυχίας περασμάτων. Βοηθά επίσης στη δημιουργία των πιό γερών σχεδίων αυξάνοντας την παραγωγικότητα και επιτυγχάνοντας το γρηγορότερο χρόνο στην αγορά.

Είναι εξαιρετικά σημαντικό ότι και ο σχεδιαστής συσκευασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος και ο σχεδιαστής διαστολέων θερμότητας συνήθειας μπορούν να απεικονίσουν, να ερευνήσουν, και να βελτιστοποιήσουν την ολοκλήρωση, ιδανικά ως ασύγχρονη διαδικασία που ελαχιστοποιεί τις διακοπές διαγώνιος-περιοχών.

Το σχήμα 2 η ψηφιακή δίδυμη μεθοδολογία επιτρέπει την ολοκλήρωση πολυ-περιοχών και διαγώνιος-περιοχών. Πηγή: Γραφική παράσταση συμβούλων

Ο συγχρονισμός μεταξύ του σχεδίου συσκευασίας και του μηχανικού/θερμικού σχεδίου είναι επίσης μια σημαντική πρόκληση στην πρώτος-χρόνος-σωστή επιτυχία. Οι ετερογενείς συσκευασίες πολυ-υποστρωμάτων εκθέτουν τις πολλαπλάσιες τσιπ-συσκευασία-αλληλεπιδράσεις, με μια από τη μεγαλύτερη ύπαρξη ο θερμικός διασκεδασμός της θερμότητας, ειδικά μη-γραμμικά παραγμένη θερμότητα χαρακτηριστική σε τέτοιες συσκευασίες.

Μια χαρακτηριστική προσέγγιση στη θερμική διαχείριση χρησιμοποιεί έναν διαστολέα θερμότητας για τη μεταφορά θερμότητας και το διασκεδασμό. Αλλά ένας διαστολέας θερμότητας είναι μόνο τόσο καλός όσο το σχέδιό του. Για το διαστολέα θερμότητας για να είναι αποδοτικό και αποτελεσματικό, πρέπει να σχεδιαστεί και να μιμηθεί από κοινού με τη συσκευασία, όχι εκ των υστέρων. Ο σχεδιασμός της ολόκληρης συσκευασίας σε τρισδιάστατο εξασφαλίζει αποτελεσματική πραγματοποίηση μεταφοράς θερμότητας χωρίς σημαντικούς συμβιβασμούς σχεδίου.

Το σχήμα 3 αυτό είναι ένα ψηφιακός-δίδυμος-οδηγημένο ενσωματωμένο σχέδιο διαστολέων θερμότητας. Πηγή: Γραφική παράσταση συμβούλων

Και 2.5D και η τρισδιάστατη συσσώρευση μπορούν να δημιουργήσουν ποικίλες ακούσιες φυσικές πιέσεις, όπως το warpage υποστρωμάτων κατά τη διάρκεια να τοποθετήσουν και της πρόσκρουση-προκληθείσας πίεσης. Οι σχεδιαστές πρέπει να είναι σε θέση να αναλύσουν ένα σχεδιάγραμμα για τις πιέσεις που προκαλούνται από τέτοιες αλληλεπιδράσεις τσιπ-συσκευασίας και τον αντίκτυπό τους στην απόδοση συσκευών. Μόλις πλησιάσει η συσκευασία στην ολοκλήρωση εφαρμογής, το ακριβές τρισδιάστατο συσκευάζοντας θερμικό πρότυπο μπορεί να εξαχθεί για το συνυπολογισμό στη λεπτομερή θερμική ανάλυση PCB και πλήρης-συστημάτων. Αυτό επιτρέπει τον τελικό συντονισμό της περίφραξης συστημάτων και επιτρέπει τη φυσική ή/και αναγκασμένη ψύξη που βελτιστοποιείται.

Οι προηγμένες συσκευασίες ολοκληρωμένου κυκλώματος φέρνουν πολλές νέες προκλήσεις για τους μηχανικούς ακεραιότητας σημάτων και τα εργαλεία σχεδίου τους. Οι κύβοι τοποθετούνται άμεσα στο υπόστρωμα, έτσι η δυνατότητα για τη δρομολόγηση υποστρωμάτων σύζευξη δρομολόγησης στρώματος ανακατανομής -κύβων είναι δυνατή. Οι συσκευασίες δεν είναι πλέον απλές επίπεδες δομές στρώματος με τα εύκολα διαμορφωμένα απλά vias μεταξύ των στρωμάτων μετάλλων. Αντ' αυτού, μπορούν να υπάρξουν πολλαπλάσια υποστρώματα των πολύ διαφορετικών υλικών και των ιδιοτήτων. Η ανάλυση μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για διάφορα ακεραιότητα-σχετικού με το τη δύναμη στοιχεία σημάτων και.

Επιπλέον, υπάρχουν διάφορα στοιχεία που είναι προκλητικά για να μιμηθούν. Αυτοί εμπίπτουν γενικά στην κατηγορία ηλεκτρομαγνητικής παρέμβασης (EMI). Ενώ αυτά τα επιστροφή-πορεία-δημιουργημένα ζητήματα της EMI μπορούν να αναλυθούν και να μιμηθούν, δεν είναι κανονικά παραγωγικό να κάνει έτσι. Παραδείγματος χάριν, στην περίπτωση ενός ίχνους που διασχίζει μια διάσπαση σε ένα αεροπλάνο, η οργάνωση προσομοίωσης και οι χρόνοι εκτέλεσης θα είναι ιδιαίτεροι, και όλοι οι μηχανικοί θα μάθουν είναι ότι τέτοιες καταστάσεις είναι κακές και πρέπει να αποφευχθούν.

Αυτά τα ζητήματα προσδιορίζονται καλύτερα μέσω της λογισμικό-αυτοματοποιημένης, γεωμετρία-βασισμένης επιθεώρησης και του ελέγχου κατά τη διάρκεια του σχεδίου. Αυτοί μπορούν να είναι χαρακτηριστικά οργάνωση και εκτελεσμένος σε πρακτικά, με τις περιοχές ζητημάτων που τονίζονται σαφώς για τη θεραπευτική δράση σχεδίου. Μια τέτοια «αημένη μετατόπιση» προσέγγιση αποτρέπει τα ζητήματα από να δημιουργηθεί κατά πρώτο λόγο, κάνοντας την ανάλυση της EMI περισσότεροι ενός sign-off επαλήθευσης βήματος.

Τα 2.5D και τα τρισδιάστατα ετερογενή σχέδια χρησιμοποιούν χαρακτηριστικά μέσω των vias πυριτίου (TSVs), τα οποία είναι μακριά vias εκτεινόμενος μέσω του κύβου ή του υποστρώματος να συνδέσουν την μπροστινή και πίσω πλευρά. Αυτό το TSVs επιτρέπει στον κύβο και τα υποστρώματα για να συσσωρευθεί και να διασυνδεθεί άμεσα. Εντούτοις, εκτός από τα σημαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους, TSVs έχει επίσης μια έμμεση επίδραση στην ηλεκτρική συμπεριφορά των συσκευών και διασυνδέει στην εγγύτητά τους.

Για να διαμορφώσει ακριβώς ένα ετερογενές σύστημα 2.5D/3D, ένας σχεδιαστής χρειάζεται τα εργαλεία που εξάγουν τις ακριβείς ηλεκτρικές παραμέτρους από τη φυσική δομή αυτών των στοιχείων 2.5D/3D, τα οποία μπορούν έπειτα να τροφοδοτηθούν τους συμπεριφοριστικούς προσομοιωτές. Χρησιμοποιώντας το τρισδιάστατο ψηφιακό δίδυμο πρότυπο της πλήρους συνέλευσης συσκευασίας, οι σχεδιαστές μπορούν ακριβώς να εξαγάγουν το parasitics αυτών των 2.5D και τρισδιάστατων προτύπων. Μόλις εξαχθούν σωστά τα στοιχεία, χρησιμοποιώντας την κατάλληλες μεθοδολογία και τη διαδικασία, μπορούν να συγκεντρωθούν σε ένα σύστημα-επίπεδο διασυνδέουν πρότυπο και που μιμείται για να αναλύσει την απόδοση και την κατάλληλη συμμόρφωση πρωτοκόλλου.

Εξελιξιμότητα και σειρά

Οι ετερογενείς τεχνολογίες συσκευασίας είναι πιό σύνθετες για να σχεδιάσουν, να κατασκευάσουν, και να συγκεντρώσουν, ενδεχομένως περιοριστικός τη διαθεσιμότητά τους σε όλες εκτός από τις κορυφαίες επιχειρήσεις ημιαγωγών και τα σχέδια bleeding-ακρών τους. Ευτυχώς, το σχέδιο και το οικοσύστημα αλυσιδών εφοδιασμού μπορούν να διαδραματίσουν έναν ισχυρό ρόλο στη διευκόλυνση του εκδημοκρατισμού τέτοιων τεχνολογιών, βάζοντας τους μέσα στην προσιτότητα όλων των σχεδιαστών και επιχείρηση-ακριβώς όπως ο κόσμος χυτηρίων πυριτίου έκαναν με τις εξαρτήσεις σχεδίου διαδικασίας (PDKs), οι οποίες έχουν γίνει πανταχού παρούσες.

Η αυτοματοποιημένη επαλήθευση ολοκληρωμένου κυκλώματος οδηγείται από τους κανόνες σχεδίου που δημιουργούνται από το χυτήριο και που παρέχονται σε ένα PDK για να σχεδιάσουν τα σπίτια. Οι προμηθευτές εργαλείων της EDA είναι κατάλληλοι τα σύνολα εργαλείων τους ενάντια σε αυτούς τους κανόνες για να εξασφαλιστούν τα προϊόντα εργαλείων επαλήθευσής τους αποδεδειγμένα, επαναλαμβανόμενος, signoff ποιοτικά αποτελέσματα. Ο σκοπός μιας εξάρτησης σχεδίου συνελεύσεων συσκευασίας (PADK) είναι παρόμοιος με αυτόν PDK-διευκολύνει το manufacturability και την απόδοση που χρησιμοποιεί τους τυποποιημένους κανόνες που εξασφαλίζουν συνέπεια πέρα από μια διαδικασία.

Προφανώς, ένα PADK πρέπει να περιλάβει και μια φυσική επαλήθευση και signoff εξαγωγής τη λύση, και πρέπει επίσης να εξετάσει θερμικό ή/και να τονίσει sign-off τις λύσεις. Όλες αυτές οι διαδικασίες πρέπει να είναι ανεξάρτητες από οποιαδήποτε συγκεκριμένη εργαλείο σχεδίου ή διαδικασία που χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει τη συνέλευση. Επιπλέον, ένα πλήρες PADK πρέπει να λειτουργήσει και πέρα από το ολοκληρωμένο κύκλωμα και τις συσκευάζοντας περιοχές, που υπονοούν ότι η ροή πρέπει να υποστηρίξει τα πολλαπλάσια σχήματα. Τέλος, όλες αυτές οι διαδικασίες επαλήθευσης πρέπει να επικυρωθούν από την επιχείρηση συσκευασίας assembly/OSAT.

Η κλίμακα και η πολυπλοκότητα των προηγμένων συσκευασιών ολοκληρωμένου κυκλώματος ασκούν την άμεση πίεση στο σχεδιαστή και το πρόγραμμα σχεδίου, το οποίο παίρνει συχνά εκτεταμένο. Μια αναδυόμενη δημοφιλής προσέγγιση στη διαχείριση αυτού είναι ταυτόχρονο σχέδιο ομάδων, όπου οι πολλαπλάσιοι σχεδιαστές εργάζονται ταυτόχρονα στο ίδιο σχέδιο πέρα από τοπικό ή τα παγκόσμια δίκτυα, όμως διατηρεί τη δυνατότητα να απεικονιστεί όλη η δραστηριότητα σχεδίου χωρίς να πρέπει να υπομένει οποιαδήποτε επιζήμια οργάνωση ή διαχείριση διαδικασιών.

Το σχήμα 4 πολλών χρηστών ταυτόχρονο σχέδιο μπορεί να συρρικνωθεί τους κύκλους σχεδίου και να βελτιστοποιήσει τους πόρους. Πηγή: Γραφική παράσταση συμβούλων

Από το KEITH FELTON.