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Notícia

January 19, 2021

5 chaves ao projeto de empacotamento de IC da próxima geração

Para muitas aplicações, o empacotamento de IC da próxima geração é o melhor trajeto para conseguir a escamação do silicone, a densidade funcional, e a integração heterogênea ao reduzir o tamanho total do pacote. Oferta heterogênea e homogênea da integração um trajeto à funcionalidade aumentada do dispositivo, ao tempo-à-mercado mais rápido, e à elasticidade do rendimento do silicone.

As plataformas múltiplas da tecnologia de integração emergiram isso para permitir o custo, tamanho, desempenho, e otimizações do poder que satisfazem a necessidade de mercados múltiplos, tais como a computação móvel, automotivo, o 5G, a inteligência artificial (AI), a realidade aumentada (AR) e a realidade virtual (VR), o informática de alto rendimento (HPC), o IoT, médico, e aeroespacial.

Contudo, estes pacotes apresentam desafios originais para ferramentas e metodologias de projeto tradicionais do pacote. As equipes de projeto devem trabalhar junto para verificar e aperfeiçoar o sistema inteiro, não apenas os elementos individuais. O projeto de empacotamento tradicional da carcaça de IC é tipicamente muito similar a uma estratificação em escala reduzida e/ou o acúmulo baseou o PWB. É frequentemente manufaturado por construtores tradicionais do PWB e é projetado geralmente com as ferramentas alteradas do PWB.

Ao contrário, os pacotes avançados de hoje usam técnicas de fabricação, materiais, e processos que têm cada vez mais mais em comum com processos da fundição de silicone e exigem uma aproximação nova para o projeto e a verificação a todos os níveis.

Um dos primeiros desafios que uma equipe de projeto deve superar é a agregação exata de carcaça-que podem ser ativos e passivo-e os dispositivos discretos. Estes carcaças e dispositivos vêm das fontes múltiplas e dos fornecedores e, muito provavelmente, estão disponíveis em formatos múltiplos e frequentemente diferentes.

Dado as origens de dados e os formatos múltiplos, é claro que um fluxo detalhado da verificação está exigido-um que esclareça a verificação física do conjunto-nível, assim como mais detalhado, sistema-nível elétrico, esforço, e verificação do testability. Igualmente são precisados as ferramentas de projeto que entregam rápido, exato, e os fluxos automatizados de assegurar-se de que as programações do mercado e as expectativas do desempenho possam ser encontradas. Idealmente, estes fluxos fornecem um único processo integrado construído em torno de um modelo 3D digital, ou o gêmeo digital, do conjunto heterogêneo inteiro do pacote.

Estes pacotes de IC da próxima geração precisam uma solução do projeto e da verificação da próxima geração que incorporam e apoiam:

Criação de protótipos de Digitas
integração do Multi-domínio
Escalabilidade e escala
Entrega de fabricação da precisão
Fim de conexão dourado

Gêmeo de Digitas para o protótipo virtual

Construindo um gêmeo digital, o modelo virtual do conjunto 2.5D/3D heterogêneo fornece uma representação detalhada do sistema completo que compreende dispositivos e carcaças múltiplos. O gêmeo digital permite a verificação automatizada dos conjuntos heterogêneos que começam com a regra do projeto do carcaça-nível que verifica (manual do transportador) e que expande na disposição contra o diagrama esquemático (LVS), a disposição contra a disposição (LVL), extração parasítica, esforço e análise térmica, e, finalmente, teste.

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Figura 1 um protótipo 3D virtual gêmeo digital verdadeiro é o modelo de um dispositivo inteiro. Fonte: Gráficos do mentor

 

A construção modelo exige a capacidade para agregar dados das fontes diferentes e em formatos diferentes em uma representação de sistema coesiva apropriada conduzir a verificação e a análise. Idealmente, isto é feito usando formatos do padrão do setor como arquivos de LEF/DEF, de AIF, de GDS, ou de CSV/TXT. A funcionalidade deve igualmente existir em uma maneira que reconheça automaticamente relações do dispositivo e da carcaça sem ter que instantiate componentes pseudo-. Isto permite o projeto e a verificação assíncronos do multi-desenhista. Isso, por sua vez, assegura o sucesso do sistema total quando todos os componentes são terminados e integrados.

Um dos benefícios preliminares da aproximação gêmea digital é que serve como a referência dourada para conduzir a todos os níveis a verificação física e elétrica completa da hierarquia do projeto. Isso elimina usando-se planilhas múltiplas, estáticas para representar o pino e a informação da conectividade, substituindo os com um completo, netlist do sistema-nível no formato de Verilog.

A preservação e a reutilização de dados originais, tais como a descrição do Verilog de um dispositivo, são chave. O risco o mais grande vem quando a tradução ou a conversão ocorrem, como com um diagrama esquemático ou uma planilha. Se isto é feito, “a linha digital” é imediatamente quebrada, e o risco para foguetes dos erros da conectividade.

integração do Multi-domínio

Uma metodologia gêmea digital igualmente permite a integração do multi-domínio e do cruz-domínio. Trazer uns pacotes avançados mais complexos de IC para introduzir no mercado mais rapidamente exige o projeto alto-integrado e verificação-do projeto eletrônico da carcaça ao hardware mecânico do propagador do calor do pacote e de montagem do PWB, incluindo os aspectos relacionados de elétrico, de térmico, o teste, a confiança, e, naturalmente, o manufacturability. Sem uma aproximação do sistema-nível a projetar e verificação, risco dos coordenadores que experimentam respins caros ou mais mau.

A sincronização da informação elétrica e mecânica é essencial a assegurar-se de que nenhuma violação física ocorra quando um pacote é colocado dentro de um cerco ou de um sistema inteiro. A troca incremental dos dados durante o projeto é fundamental a assegurar a compatibilidade de ECAD-MCAD e aumentou o primeiro sucesso da passagem. Igualmente ajuda na criação de uns projetos mais robustos ao aumentar a produtividade e ao conseguir um tempo mais rápido ao mercado.

É extremamente importante que o desenhista do pacote de IC e o desenhista feito sob encomenda do propagador do calor podem visualizar, explorar, e aperfeiçoam a integração, idealmente como um processo assíncrono que minimize interrupções do cruz-domínio.

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Figura 2 a metodologia gêmea digital permite a integração do multi-domínio e do cruz-domínio. Fonte: Gráficos do mentor

 

A sincronização entre o projeto de pacote e projeto mecânico/térmico é igualmente um desafio significativo ao sucesso primeiro-tempo-direito. Os pacotes heterogêneos da multi-carcaça exibem microplaqueta-pacote-interações múltiplas, com um de ser o maior a dissipação térmica do calor, calor especialmente non-linearly gerado típico em tais pacotes.

Uma aproximação típica à gestão térmica usa um propagador do calor para a transferência térmica e a dissipação. Mas um propagador do calor é somente tão bom quanto seu projeto. Para que o propagador do calor seja eficiente e eficaz, deve ser projetado e simulado conjuntamente com o pacote, não pensando bem. Projetar o pacote inteiro em 3D assegura a realização eficaz da transferência térmica sem acordos significativos do projeto.

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Figura 3 isto é um projeto integrado digital-gêmeo-conduzido do propagador do calor. Fonte: Gráficos do mentor

 

2.5D e empilhar 3D podem criar uma variedade de esforços físicos involuntários, tais como o warpage da carcaça durante a montagem e o esforço colisão-induzido. Os desenhistas devem poder analisar uma disposição para os esforços causados por tais interações do microplaqueta-pacote e por seu impacto no desempenho do dispositivo. Uma vez que o pacote está aproximando a conclusão da aplicação, o 3D exato que empacota o modelo térmico pode ser exportado para a inclusão em PWB detalhado e na análise térmica do completo-sistema. Isto permite o ajustamento final do cerco do sistema e permite refrigerar natural e/ou forçado a ser aperfeiçoado.

Os pacotes avançados de IC trazem muitos desafios novos para coordenadores da integridade de sinal e suas ferramentas de projeto. Os dados são montados diretamente à carcaça, assim que o potencial para o roteamento da carcaça ao acoplamento do roteamento da camada da redistribução do em-dado é possível. Os pacotes são já não estruturas de camada planares simples com os vias simples facilmente modelados entre camadas do metal. Em lugar de, pode haver carcaças múltiplas de materiais e de propriedades muito diferentes. A análise pode ser usada com sucesso para um número de artigos integridade-relacionados do sinal e do poder.

Além, há um número de artigos que são desafiantes simular. Estes caem geralmente na categoria da interferência eletromagnética (IEM). Quando estas edições retorno-trajeto-criadas do IEM puderem ser analisadas e simulado, não é normalmente produtivo fazer assim. Por exemplo, no caso de um traço que cruza uma separação em um plano, a instalação da simulação e os tempos de execução serão consideráveis, e todos os coordenadores aprenderão são que tais situações são más e devem ser evitados.

Estas edições são identificadas melhor com a inspeção software-automatizada, geometria-baseada e da verificação durante o projeto. Estes podem tipicamente estabelecer-se e executado nos minutos, com áreas da edição destacou claramente para a ação corretiva do projeto. Tal do “aproximação da esquerda deslocamento” impede que as edições estejam criadas no primeiro lugar, fazendo a análise do IEM mais de uma etapa de término da verificação.

Os projetos 2.5D e 3D heterogêneos usam-se tipicamente com os vias do silicone (TSVs), que são vias longos que estendem através do dado ou da carcaça para conectar a parte dianteira e o verso. Este TSVs reserva morre e as carcaças a ser empilhadas e interconectado diretamente. Contudo, além do que suas próprias características elétricas significativas, TSVs igualmente tem um efeito indireto no comportamento elétrico dos dispositivos e interconecta-o em sua vizinhança.

Para modelar exatamente um sistema 2.5D/3D heterogêneo, um desenhista precisa as ferramentas que extraem parâmetros elétricos precisos da estrutura física destes elementos 2.5D/3D, que podem então ser alimentados em simuladores comportáveis. Utilizando o modelo 3D gêmeo digital do conjunto completo do pacote, os desenhistas podem exatamente extrair o parasitics destes modelos 2.5D e 3D. Uma vez que os elementos foram extraídos corretamente, usando a metodologia e o processo apropriados, podem ser montados em um modelo da interconexão do sistema-nível e simularam para analisar o desempenho e a conformidade apropriada do protocolo.

Escalabilidade e escala

As tecnologias de empacotamento heterogêneas são mais complexas projetar, fabricar, e montam, potencialmente limitando sua disponibilidade a tudo mas às empresas principais do semicondutor e a seus projetos da sangramento-borda. Felizmente, o projeto e o ecossistema da cadeia de aprovisionamento podem jogar um papel poderoso em permitir a democratização de tais tecnologias, pondo as dentro do alcance de todos os desenhistas e empresas-apenas como o mundo da fundição de silicone fez com os jogos do projeto de processo (PDKs), que se tornaram ubíquos.

A verificação automatizada de IC é conduzida pelas regras do projeto criadas pela fundição e fornecidas em um PDK para projetar casas. Os fornecedores da ferramenta de EDA qualificam seus conjuntos de ferramentas contra estas regras para assegurar-se de que suas ferramentas da verificação produzam resultados provados, repetíveis, de término da qualidade. A finalidade de um jogo do projeto do conjunto do pacote (PADK) é similar àquela do PDK-facilita o manufacturability e o desempenho usando as regras estandardizadas que asseguram a consistência através de um processo.

Obviamente, um PADK deve incluir uma verificação física e a solução de término da extração, e deve igualmente endereçar térmico e/ou forçar soluções de término. Todos estes processos devem ser independente de toda a ferramenta ou processo específico de projeto usada para criar o conjunto. Além, um PADK completo deve trabalhar através de IC e dos domínios de empacotamento, implicando que o fluxo deve apoiar formatos múltiplos. Finalmente, todos estes processos de verificação devem ser validados pela empresa do pacote assembly/OSAT.

A escala e a complexidade de pacotes avançados de IC aplicam uma pressão imediata sobre o desenhista e a programação de projeto, que obtém frequentemente estendida. Uma aproximação popular emergente a controlar isto é o projeto simultâneo da equipe, onde os desenhistas múltiplos trabalham simultaneamente no mesmo projeto através das redes locais ou globais, contudo retém a capacidade para visualizar toda a atividade de projeto sem ter que resistir toda a instalação ou gestão de processo ingrato.

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Figure que um projeto simultâneo de 4 Multi-usuários pode encolher ciclos de projeto e aperfeiçoar recursos. Fonte: Gráficos do mentor

De KEITH FELTON.

 

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