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產業觀察 | 封裝組裝設計套件 ADK 及其優勢

By Cadence

在 2021 的(de) IMAPS (International Microelectronics Assembly and Packaging Society,國際微電子組裝與封裝學會) 大(dà)會上,Cadence 資深半導體封裝管理(lǐ)總監 John Park 發表了(le)關於 封裝組裝設計套件 (Package Assembly Design Kits,簡稱 ADK) 的(de)演講:什(shén)麼是 ADK,以及 ADK 能為封裝設計帶來哪些好處?

由於異質整合對不同的(de)人(rén)來說意義各不相同,John 首先介紹了(le)該市場的(de)發展歷史和(hé)趨勢:幾十年來,我們一直在從事多(duō) 晶片模組 (Multi-Chip Module,簡稱 MCM) 和(hé)類似的(de)整合工作;但在過去五年左右的(de)時間裡,該領域更加專注於 系統級晶片 (System on Chip,簡稱 SoC) 整合——不同於將所有元件都放在一個大(dà)晶片上,當前的(de)焦點在於製造更小的(de)晶片,通(tōng)常稱為「chiplet」,並把它們整合在某種先進封裝中。

這種方法有很多(duō)優點,具體取決於設計的(de)細節,其中包括:

降低 NRE (Non-recurring engineering Expense,一次性工程費用(yòng)) 成本

加快(kuài)產品上市

實現比標線尺寸更大(dà)的(de)設計

更靈活的(de)架構 (多(duō)進程)

PDKs

在 20 世紀 90 年代初創建 PDK (Process Design Kits,制程設計套件) 之前,設計規則檔和(hé)用(yòng)於電路模擬的(de) SPICE deck 幾乎充當了(le)晶圓廠和(hé)設計師之間的(de)介面。隨著工藝變得(de)越來越複雜,設計規則的(de)複雜性也(yě)在不斷增加,因此上述做(zuò)法無法再滿足要求。PDK 的(de)理(lǐ)念是,把 IC 設計者需要知道的(de)關於製造過程的(de)一切知識打包起來,以實現成功設計。PDK 可(kě)以被現代 EDA 工具流程所讀取,因此實際的(de) DRC deck 取代了(le)過去的(de)印刷版 DRC 手冊。

針對封裝設計師的(de)類似 PDK 的(de)解決方案

當設計變得(de)越來越難,需要考慮的(de)方面就越來越多(duō)。這導緻封裝設計團隊需要考慮的(de)設計方面日益增長:

先進多(duō)晶片 (多(duō) chiplet) 、基於矽的(de)封裝需要專門的(de)版圖特徵和(hé)形式化(huà)的(de)物(wù)理(lǐ) / 邏輯驗證能力

加特定於矽 (矽) 基闆設計的(de)版圖特徵快(kuài)產品上市

- 高(gāo)級淚滴補強和(hé)走線加寬

- 漸進式鋪銅和(hé)透氧孔的(de)演算(suàn)法

- 大(dà)容量設計支援

來自封裝設計的(de)光(guāng)罩級精確輸出資料 (GDSII)

- 高(gāo)級圓弧向量化(huà)

與 IC 實體驗證工具無縫整合,並提供與封裝設計工具間的(de)回饋

- 光(guāng)罩級 DRC

- 多(duō)晶片 (多(duō) chiplet) 設計的(de)連通(tōng)性驗證 (電路與佈局驗證)

- 特定區域的(de)高(gāo)級金屬填充 (平衡)

如果想讓封裝設計師在設計中停止猜測,就需要 ADK 封裝組裝設計套件,其工作方式類似於 PDK。但是,一個複雜的(de)問題是,封裝設計師對所有這些矽問題都很陌生,而 IC 設計師對封裝也(yě)很陌生。那麼,ADK 中會有哪些內容呢(ne)?

上表列出了(le) John Park 認為應該放在 ADK 中的(de)組件。讓我們分(fēn)別深入瞭解一下(xià):

技術檔組件:

這些應該是文字檔,以便於讀取、寫入、比較和(hé)共用(yòng)

基闆堆疊物(wù)理(lǐ)和(hé)電氣細節

信號的(de)物(wù)理(lǐ) / 間距約束

信號的(de)電氣約束

約束分(fēn)組

組裝 / 放置規則

測試規則

設計庫和(hé)模型元件:

Footprints

- JEDEC 標準 BGA / LGA 和(hé) SMD

- 焊盤

- STEP 檔 (真正的(de) 3D 渲染)

3D 鍵合線文件

- 基於鍵合設備的(de)模型

- 3D DRC 所需

I/O 模型

- 行為 (IBIS)

- 電晶體級

熱 / 功耗模型

- 晶片 (小晶片) 級熱和(hé)功耗模型

- 靜態和(hé)暫態功耗資訊

組裝設計組件:

GUI 圖形式介面,簡化(huà)設置

設備獨有的(de) DFA 概要

設計同步、直接回饋元件的(de)放置和(hé)移動情況

表格驅動、帶使用(yòng)者定義的(de)元件類別

基本模式 (表格) 和(hé)高(gāo)級模式 (約束管理(lǐ)器)

規則定義的(de)設置可(kě)以在庫級的(de)單獨工具中完成

用(yòng)於驗證 chiplet 到 chiplet 互連的(de)合規性測試包組件:

基於與 PCB 類似的(de)合規經驗

抖動容限

插入損耗

回波損耗

眼圖範本 (用(yòng)於 SerDes)

規則檢查 (矽仲介層) 元件:

設計規則檢查

- 包括 3D 堆疊引腳對齊

電路與佈局驗證

- 晶片到晶片 (chiplet 到 chiplet)

- 系統級

金屬填充

- 智慧金屬平衡

抓住機遇,引領市場

對於應當立刻採用(yòng) ADK 的(de)原因,John Park 表示:

數十年來,PDK 在 IC 設計界已經得(de)到成功採用(yòng)

封裝技術的(de)複雜性呈爆炸式增長,不應該在資訊不充分(fēn)的(de)情況下(xià)盲目設計

IC 設計師和(hé)封裝設計師都面臨新的(de)挑戰,需要新的(de)方法

封裝設計界應該開始採用(yòng) ADK 了(le)

譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)

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