اخبار

برای بسیاری از کاربردها ، بسته بندی IC نسل بعدی بهترین راه برای دستیابی به مقیاس سیلیکون ، تراکم عملکردی و یکپارچه سازی ناهمگن است در حالی که اندازه کلی بسته را کاهش می دهد.ادغام ناهمگن و همگن مسیری را برای عملکرد دستگاه پیشرفته ، زمان سریعتر برای بازار و انعطاف پذیری عملکرد سیلیکون ارائه می دهد.

سیستم عامل های فن آوری چندگانه ادغام شده است که امکان بهینه سازی هزینه ، اندازه ، عملکرد و قدرت را فراهم می کند که نیاز بازارهای مختلف را برآورده می کند ، مانند رایانه های موبایل ، خودرو ، 5G ، هوش مصنوعی (AI) ، واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی ( VR) ، محاسبات با کارایی بالا (HPC) ، اینترنت اشیا ، پزشکی و هوافضا.

با این حال ، این بسته ها چالش های منحصر به فردی برای ابزارها و روش های طراحی بسته های سنتی دارند.تیم های طراحی باید برای تأیید و بهینه سازی کل سیستم ، نه فقط عناصر منفرد ، با هم کار کنند.طراحی بستر بسته بندی IC سنتی معمولاً بسیار شبیه PCB در مقیاس کوچک و چند لایه است.اغلب توسط سازندگان PCB سنتی تولید می شود و معمولاً با ابزار PCB اصلاح شده طراحی می شود.

در مقابل ، بسته های پیشرفته امروزی از تکنیک های تولید ، مواد و فرایندهایی استفاده می کنند که به طور فزاینده ای با فرآیندهای ریخته گری سیلیکون اشتراک بیشتری دارند و برای طراحی و تأیید در تمام سطوح به رویکرد جدیدی نیاز دارند.

یکی از اولین چالش هایی که تیم طراحی باید بر آن غلبه کند ، جمع شدن دقیق بسترها - که می توانند هم فعال و هم منفعل باشند - و دستگاه های گسسته است.این بسترها و دستگاه ها از منابع و تأمین کنندگان متعددی تهیه می شوند و به احتمال زیاد در قالب های متعدد و اغلب متفاوت در دسترس هستند.

با توجه به منابع و قالب های متعدد داده ها ، واضح است که یک جریان تأیید جامع مورد نیاز است - تأیید فیزیکی سطح مونتاژ و همچنین تأیید تست های الکتریکی ، تنش و تست در عمق ، سطح سیستم بیشتر.همچنین ابزارهای طراحی لازم است که جریان های سریع ، دقیق و خودکار را ارائه دهند تا اطمینان حاصل شود که برنامه های بازار و انتظارات عملکردی برآورده می شوند.در حالت ایده آل ، این جریان ها یک فرایند یکپارچه را ایجاد می کنند که حول یک مدل دیجیتال سه بعدی یا دوقلوی دیجیتال از کل مجموعه بسته ناهمگن ساخته شده است.

این بسته های IC نسل جدید به یک راه حل طراحی و تأیید نسل بعدی نیاز دارند که شامل و پشتیبانی شود:

نمونه سازی دیجیتال
ادغام چند دامنه
مقیاس پذیری و دامنه
فروش دقیق تولید
ثبت نام طلایی

دوقلوی دیجیتال برای نمونه اولیه مجازی

ساخت یک مدل دوقلوی و دیجیتالی ، مجتمع ناهمگن 2.5D / 3D نمایشی جامع از سیستم کامل شامل چندین دستگاه و بستر را فراهم می کند.دوقلوی دیجیتال امکان تأیید خودکار مجموعه های ناهمگن را فراهم می کند که با بررسی قاعده طراحی سطح لایه (DRC) و گسترش در طرح در مقابل شماتیک (LVS) ، طرح در مقابل طرح (LVL) ، استخراج انگلی ، استرس و تجزیه و تحلیل حرارتی ، و در نهایت ، آزمایش .

شکل 1 یک نمونه اولیه مجازی دوقلوی دیجیتال سه بعدی طرح اصلی یک دستگاه است.منبع: Mentor Graphics

ساخت مدل به توانایی تجمیع داده ها از منابع مختلف و در قالب های مختلف در یک نمایش سیستم منسجم مناسب برای تأیید و تجزیه و تحلیل نیاز دارد.در حالت ایده آل ، این کار با استفاده از قالب های استاندارد صنعت مانند فایل های LEF / DEF ، AIF ، GDS یا CSV / TXT انجام می شود.عملکرد همچنین باید به شکلی باشد که به طور خودکار رابط دستگاه و بستر را بدون نیاز به نمونه سازی اجزای شبه تشخیص دهد.این امکان را برای طراحی و تأیید همزمان همزمان چند طراح فراهم می کند.این ، به نوبه خود ، موفقیت کلی سیستم را هنگامی که تمام اجزا تکمیل و یکپارچه می شوند ، تضمین می کند.

یکی از مزایای اصلی رویکرد دوقلوی دیجیتال این است که به عنوان مرجع طلایی برای تأیید صحت فیزیکی و الکتریکی کامل در هر سطح از سلسله مراتب طراحی عمل می کند.با استفاده از چندین صفحه گسترده ثابت برای نمایش اطلاعات اتصال و پین ، جایگزینی آنها با یک لیست کامل و کامل در سطح سیستم در قالب Verilog حذف می شود.

حفظ و استفاده مجدد از داده های اصلی ، مانند توضیحات Verilog دستگاه ، کلیدی است.بیشترین خطر در هنگام ترجمه یا تبدیل اتفاق می افتد ، مثلاً با یک طرحواره یا صفحه گسترده.اگر این کار انجام شود ، "رشته دیجیتال" بلافاصله خراب می شود و خطر خطاهای اتصال دوباره افزایش می یابد.

ادغام چند دامنه

یک روش دوقلوی دیجیتال همچنین ادغام چند دامنه و دامنه متقابل را امکان پذیر می کند.ورود سریعتر بسته های پیشرفته IC به بازار نیاز به طراحی و تأیید کاملاً یکپارچه دارد - از طراحی بستر الکترونیکی گرفته تا پخش کننده حرارتی بسته مکانیکی و سخت افزار نصب PCB ، از جمله جنبه های مرتبط برق ، حرارت ، آزمایش ، قابلیت اطمینان و البته ، قابلیت ساختبدون رویکردی در سطح سیستم برای طراحی و تأیید ، مهندسان خطر مواجه شدن با فشارهای بیشتر یا بدتر را دارند.

همگام سازی اطلاعات الكتریكی و مكانیكی برای حصول اطمینان از اینكه هنگام قرار دادن بسته در یك محفظه یا یك كل سیستم ، هیچگونه تخلف فیزیكی رخ نمی دهد ضروری است.مبادله تدریجی داده ها در حین طراحی برای اطمینان از سازگاری ECAD-MCAD و افزایش موفقیت عبور اول اساسی است.همچنین ضمن افزایش بهره وری و دستیابی به زمان سریعتر برای بازاریابی ، به ایجاد طرح های قوی تر کمک می کند.

بسیار مهم است که هم طراح بسته IC و هم طراح پخش کننده حرارت سفارشی بتوانند ادغام را بصورت ایده آل به عنوان یک فرآیند ناهمزمان که وقفه های بین دامنه را به حداقل می رساند ، تجسم ، کاوش و بهینه سازی کنند.

شکل 2 روش دوقلوی دیجیتال امکان ادغام چند دامنه و دامنه متقابل را فراهم می کند.منبع: Mentor Graphics

همگام سازی بین طراحی بسته بندی و طراحی مکانیکی / حرارتی نیز یک چالش مهم برای موفقیت برای اولین بار است.بسته های چند لایه ای ناهمگن چندین برهم کنش تراشه-بسته را به نمایش می گذارند ، که یکی از بزرگترین آنها اتلاف حرارت گرما ، به ویژه گرمای غیر خطی تولید شده در این بسته ها است.

یک رویکرد معمول برای مدیریت حرارتی از یک پخش کننده حرارت برای انتقال و اتلاف گرما استفاده می کند.اما یک پخش کننده حرارتی فقط به خوبی طراحی آن است.برای اینکه کارآیی و کارآیی پخش کننده حرارت وجود داشته باشد ، باید همراه با بسته بندی طراحی و شبیه سازی شود ، نه به عنوان یک فکر بعدی.طراحی کل بسته به صورت سه بعدی ، تحقق موثر انتقال حرارت را بدون ایجاد مصالحه در طراحی قابل توجه تضمین می کند.

شکل 3 این یک طرح پخش کننده حرارت یکپارچه با استفاده از دوقلو است.منبع: Mentor Graphics

انباشته شدن 2.5D و 3D می توانند تنش های جسمی غیرعمدی مختلفی ایجاد کنند ، مانند پارگی لایه در هنگام نصب و تنش ناشی از ضربه.طراحان باید بتوانند چیدمان تنش های ناشی از چنین تعاملات بسته های تراشه ای و تأثیر آنها بر عملکرد دستگاه را تجزیه و تحلیل کنند.پس از نزدیک شدن مراحل تکمیل بسته ، مدل دقیق حرارتی بسته بندی سه بعدی می تواند صادر شود تا در PCB دقیق و تجزیه و تحلیل حرارتی کامل سیستم گنجانده شود.این امکان تنظیم نهایی محفظه سیستم را فراهم می کند و اجازه می دهد تا خنک کننده طبیعی و یا اجباری بهینه شود.

بسته های پیشرفته آی سی چالش های جدیدی را برای مهندسان یکپارچگی سیگنال و ابزار طراحی آنها ایجاد می کند.دای ها مستقیماً به بستر نصب می شوند ، بنابراین پتانسیل مسیریابی بستر به جفت بندی مسیریابی لایه توزیع مجدد در قالب امکان پذیر است.بسته ها دیگر ساختارهای لایه مسطحی ساده نیستند که بین لایه های فلزی به راحتی مدل سازی می شوند.در عوض ، می تواند چندین لایه با مواد و خواص بسیار متفاوت وجود داشته باشد.از تجزیه و تحلیل می توان برای تعدادی از موارد مربوط به یکپارچگی سیگنال و قدرت با موفقیت استفاده کرد.

علاوه بر این ، تعدادی مورد وجود دارد که شبیه سازی آنها چالش برانگیز است.این موارد عموماً در گروه تداخل الکترومغناطیسی (EMI) قرار می گیرند.در حالی که این مسائل EMI ایجاد شده در مسیر بازگشت قابل تحلیل و شبیه سازی هستند ، انجام چنین کاری معمولاً مثمر ثمر نیست.به عنوان مثال ، در صورت عبور ردپای از شکاف در هواپیما ، زمان شبیه سازی و راه اندازی قابل توجه خواهد بود ، و تمام مهندسان یاد می گیرند که چنین شرایطی بد هستند و باید از آنها اجتناب شود.

این مسائل به بهترین وجه از طریق خودکار نرم افزاری ، بازرسی مبتنی بر هندسه و بررسی در هنگام طراحی مشخص می شوند.این موارد را می توان به طور معمول در عرض چند دقیقه تنظیم و اجرا کرد ، در حالی که مناطق انتشار برای اقدام طراحی اصلاحی به وضوح برجسته شده اند.چنین رویکرد "تغییر به سمت چپ" در وهله اول از ایجاد موضوعات جلوگیری می کند ، و تجزیه و تحلیل EMI را بیشتر به مرحله ورود به سیستم تأیید تبدیل می کند.

از طرح های ناهمگن 2.5D و 3D معمولاً از طریق سیال های سیلیکونی (TSV) استفاده می شود ، که ویاهایی طولانی هستند که از طریق قالب یا بستر گسترش می یابند تا قسمت جلو و عقب را به هم متصل کنند.این TSV ها باعث می شوند که قالب ها و بسترها روی هم قرار بگیرند و به طور مستقیم به هم متصل شوند.با این حال ، TSV علاوه بر خصوصیات الکتریکی قابل توجه خود ، بر رفتار الکتریکی دستگاهها و اتصالات در مجاورت آنها نیز تأثیر غیر مستقیم دارد.

برای مدل سازی دقیق یک سیستم ناهمگن 2.5D / 3D ، یک طراح به ابزاری نیاز دارد که پارامترهای الکتریکی دقیقی را از ساختار فیزیکی این عناصر 2.5D / 3D استخراج کند ، سپس می توان آنها را در شبیه سازهای رفتاری تغذیه کرد.با استفاده از مدل دوقلوی سه بعدی دیجیتال مونتاژ بسته کامل ، طراحان می توانند انگلی این مدل های 2.5D و 3D را با دقت استخراج کنند.هنگامی که عناصر به درستی استخراج شدند ، با استفاده از روش و فرآیند مناسب ، می توان آنها را در یک مدل اتصال سطح سیستم جمع آوری و شبیه سازی کرد تا عملکرد و انطباق پروتکل مناسب را تجزیه و تحلیل کند.

مقیاس پذیری و دامنه

فناوری های بسته بندی ناهمگن برای طراحی ، ساخت و مونتاژ پیچیده تر هستند و به طور بالقوه دسترسی آنها را به همه شرکت های نیمه هادی پیشرو و طرح های لبه خونریزی محدود می کنند.خوشبختانه ، اکوسیستم طراحی و زنجیره تأمین می تواند نقش مهمی در ایجاد امکان دموکراتیک سازی چنین فناوری هایی داشته باشد و آنها را در دسترس همه طراحان و شرکت ها قرار دهد - درست همانطور که جهان ریخته گری سیلیکون با کیت های طراحی فرآیند (PDK ها) ، که تبدیل شده اند ، همه جا.

تأیید IC خودکار توسط قوانین طراحی ایجاد شده توسط ریخته گری و در PDK برای طراحی خانه ها ارائه می شود.تأمین کنندگان ابزار EDA برای اطمینان از اینکه ابزار تأیید صحت آنها نتایج کیفیت اثبات شده و قابل تکرار را به دست می آورد ، ابزارهای خود را در برابر این قوانین واجد شرایط می کنند.هدف کیت طراحی مونتاژ بسته (PADK) مشابه هدف PDK است - ساخت و عملکرد را با استفاده از قوانین استاندارد تضمین می کند که از یکپارچگی در یک فرآیند اطمینان حاصل می کند.

بدیهی است که یک PADK باید شامل یک راه حل تأیید فیزیکی و ثبت نام استخراج باشد ، و همچنین باید به راه حل های خروج از سیستم گرمایی و / یا استرس بپردازد.همه این فرایندها باید مستقل از هرگونه ابزار طراحی خاص یا فرایندی باشند که برای ایجاد مجموعه استفاده می شود.علاوه بر این ، یک PADK کامل باید در هر دو حوزه IC و بسته بندی کار کند ، و این بدان معنی است که جریان باید از چندین قالب پشتیبانی کند.سرانجام ، تمام این فرایندهای تأیید باید توسط مجموعه بسته / شرکت OSAT تأیید شوند.

مقیاس و پیچیدگی بسته های پیشرفته آی سی ، فشار فوری را به طراح و برنامه طراحی وارد می کند ، که اغلب طولانی می شود.یک رویکرد محبوب در حال مدیریت برای مدیریت این ، طراحی همزمان تیمی است ، جایی که چندین طراح به طور همزمان روی یک طراحی مشابه در شبکه های محلی یا جهانی کار می کنند ، اما توانایی تجسم تمام فعالیت های طراحی را بدون نیاز به تحمل هرگونه تنظیم سنگین یا مدیریت فرآیند ، حفظ می کنند.

شکل 4 طراحی همزمان چند کاربره می تواند چرخه های طراحی را کوچک کرده و منابع را بهینه کند.منبع: Mentor Graphics

از KEITH FELTON.