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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 IMAPS (International Microelectronics Assembly and Packaging Society,國際微電子組裝與封裝學會) 大會上,Cadence 資深半導體封裝管理總監 John Park 發表了關於 封裝組裝設計套件 (Package Assembly Design Kits,簡稱 ADK) 的演講:什麼是 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人來說意義各不相同,John 首先介紹了該市場的發展歷史和趨勢:幾十年來,我們一直在從事多 晶片模組 (Multi-Chip Module,簡稱 MCM) 和類似的整合工作;但在過去五年左右的時間裡,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晶片上,當前的焦點在於製造更小的晶片,通常稱為「chiplet」,並把它們整合在某種先進封裝中。

這種方法有很多優點,具體取決於設計的細節,其中包括:

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

加快產品上市

實現比標線尺寸更大的設計

更靈活的架構 (多進程)

PDKs

在 20 世紀 90 年代初創建 PDK (Process Design Kits,制程設計套件) 之前,設計規則檔和用於電路模擬的 SPICE deck 幾乎充當了晶圓廠和設計師之間的介面。隨著工藝變得越來越複雜,設計規則的複雜性也在不斷增加,因此上述做法無法再滿足要求。PDK 的理念是,把 IC 設計者需要知道的關於製造過程的一切知識打包起來,以實現成功設計。PDK 可以被現代 EDA 工具流程所讀取,因此實際的 DRC deck 取代了過去的印刷版 DRC 手冊。

針對封裝設計師的類似 PDK 的解決方案

當設計變得越來越難,需要考慮的方面就越來越多。這導致封裝設計團隊需要考慮的設計方面日益增長:

先進多晶片 (多 chiplet) 、基於矽的封裝需要專門的版圖特徵和形式化的物理 / 邏輯驗證能力

加特定於矽 (矽) 基板設計的版圖特徵快產品上市

- 高級淚滴補強和走線加寬

- 漸進式鋪銅和透氧孔的演算法

- 大容量設計支援

來自封裝設計的光罩級精確輸出資料 (GDSII)

- 高級圓弧向量化

與 IC 實體驗證工具無縫整合,並提供與封裝設計工具間的回饋

- 光罩級 DRC

- 多晶片 (多 chiplet) 設計的連通性驗證 (電路與佈局驗證)

- 特定區域的高級金屬填充 (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 設計師對封裝也很陌生。那麼,ADK 中會有哪些內容呢?

上表列出了 John Park 認為應該放在 ADK 中的組件。讓我們分別深入瞭解一下:

技術檔組件:

這些應該是文字檔,以便於讀取、寫入、比較和共用

基板堆疊物理和電氣細節

信號的物理 / 間距約束

信號的電氣約束

約束分組

組裝 / 放置規則

測試規則

設計庫和模型元件:

Footprints

- JEDEC 標準 BGA / LGA 和 SMD

- 焊盤

- STEP 檔 (真正的 3D 渲染)

3D 鍵合線文件

- 基於鍵合設備的模型

- 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) 級熱和功耗模型

- 靜態和暫態功耗資訊

組裝設計組件:

GUI 圖形式介面,簡化設置

設備獨有的 DFA 概要

設計同步、直接回饋元件的放置和移動情況

表格驅動、帶使用者定義的元件類別

基本模式 (表格) 和高級模式 (約束管理器)

規則定義的設置可以在庫級的單獨工具中完成

用於驗證 chiplet 到 chiplet 互連的合規性測試包組件:

基於與 PCB 類似的合規經驗

抖動容限

插入損耗

回波損耗

眼圖範本 (用於 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 ADK 的原因,John Park 表示:

數十年來,PDK 在 IC 設計界已經得到成功採用

封裝技術的複雜性呈爆炸式增長,不應該在資訊不充分的情況下盲目設計

IC 設計師和封裝設計師都面臨新的挑戰,需要新的方法

封裝設計界應該開始採用 ADK 了

譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)

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