3D-IC-Design- und Verpackungslösungen

3D-IC ist ein neues Designparadigma, das von den sinkenden Ergebnissen der Skalierung der IC-Technologie, auch bekannt als Moore's Law, angetrieben wird. 3D-IC nutzt neue fortschrittliche Gehäusetechnologien, die die Integration eines oder mehrerer Chiplets in ein einziges Gehäuse ermöglichen. Chiplets sind integrierte Schaltungen (IC), die für die Integration in ein einziges Gehäuse optimiert sind.

3D-IC-Designs erfordern die nahtlose Integration von ECAD/MCAD-Tools mit mehreren Domänen in eine hochintegrierte Designplattform, die als 3D-IC-Workflows bezeichnet wird. Auf der Grundlage des breiten Portfolios an führenden EDA- und MCAD-Tools von Siemens wird eine umfassende Reihe von Workflows angeboten, die das gesamte Spektrum von der Zerlegung auf Systemebene bis hin zur Übergabe der Fertigung umfassen, um den Kunden die Möglichkeit zu geben, diese komplexen, chipletbasierten Designs zu entwerfen.

Die 3D-IC-Workflows erfordern außerdem eine enge Integration mit einem umfassenden Satz von Design-Kits, um das Design, die Integration und den Zusammenbau von Chiplet-basierten 3D-IC-Designs zu ermöglichen. Um ein Chiplet-Ökosystem zu ermöglichen, hat Siemens in Zusammenarbeit mit anderen EDA-Anbietern die Führung übernommen und die neuen CDX/OCP 3D IC Design Kits (3DK) -Initiativen vorangetrieben. Siemens unterstützt die Einführung dieser neuen Industriestandards durch das JEDEC-Gremium für Industriestandards und setzt sich dafür ein, diese neuen Standards formell in seinen Tools und Arbeitsabläufen zu übernehmen.

3D-IC-Technologie ermöglicht einen systembasierten Ansatz zur Zerlegung eines elektronischen Systems oder Subsystems in ein Chiplet-basiertes SiP-Design (System in Package), das eine höhere Leistung, geringere Kosten, einen reduzierten Formfaktor und flexiblere, kostengünstigere Produktvarianten bietet.

Die 3D-IC-Workflows von Siemens unterstützen die Architekturplanung/-analyse, die Planung/Überprüfung des physikalischen Entwurfs, die Elektro- und Zuverlässigkeitsanalyse sowie die Unterstützung bei Tests und Diagnosen bis hin zur Übergabe der Fertigung.

Die Arbeitsabläufe integrieren und kommentieren die Ergebnisse der Elektrik- und Zuverlässigkeitsanalysen in die Entwurfsplanungs- und Implementierungstools, sodass Konstrukteure frühzeitig vorausschauende, planungsinterne Analysen und Genehmigungsanalysen durchführen können. Diese neue Funktion zur prädiktiven Analyse bietet Konstrukteuren einen frühen Einblick in Leistung und Zuverlässigkeit, sodass die architektonische Untersuchung erleichtert wird, bevor umfangreiche Ressourcen für die physische Planung eingesetzt werden. Mithilfe von Entwurfsanalysen können Planungsteams während des Entwurfsprozesses interaktiv Prüfungen durchführen und bei Bedarf Entwurfsänderungen vornehmen, anstatt auf die Freigabe abgeschlossener Entwürfe zu warten. Die Freigabeprüfungen werden am endgültigen Entwurf durchgeführt, um die Funktionalität, Leistung und Zuverlässigkeit/Herstellbarkeit der Entwurfsmuster sicherzustellen, bevor sie zur Fertigung freigegeben werden.

Die 3D-IC-Lösungen von Siemens umfassen fünf Workflows, die Architekturplanung und -analyse, physische Planung und Überprüfung, elektrische Analyse, Zuverlässigkeitsanalyse sowie Unterstützung bei der Planung und Analyse von 3D-IC-Tests unterstützen. Darüber hinaus steht ein integrierter Arbeitsablauf für mechanische Konstruktion und Analyse zur Verfügung, um das mechanische Paketdesign und die Analyse auf thermischer/mechanischer Signoffebene auf Systemebene zu unterstützen. Siemens bietet zwar alle für die jeweiligen Arbeitsabläufe erforderlichen Tools an, doch die modulare Architektur unterstützt die Integration zusätzlicher erstklassiger und/oder etablierter Kundentools und Workflows.

Siemens bietet erstklassige Tools für die Paketplanung und 3D-Stackvalidierung in den 3D-IC-Design-Workflows. Der integrierte Arbeitsablauf für Elektrik und Zuverlässigkeit unterstützt die frühzeitige prädiktive Analyse, Entwurfs- und Signoff-Analyse von mehrschichtigen 2,5/3D-Designs. Die Test-Workflows erleichtern die Zusammenarbeit zwischen den Verpackungs- und Chiplet-Designteams, wobei die DFT-/Testteams die erstklassige Multi-DFT-Toolsuite von Siemens nutzen.

3D-IC-Technologie bietet dem Systemdesigner nahezu unbegrenzte Flexibilität, sein Design in Chiplets zu unterteilen, die jeweils in einem IC-Technologieknoten optimiert sind, der für jede Funktion am besten geeignet ist. Die Arbeitsabläufe für die Architekturplanung und den Entwurf erleichtern die Zusammenarbeit zwischen den System-/RTL-Designteams mit den Paket-/Chiplet-Designteams, die mithilfe von prädiktiven Analysen effizient eine optimale Architektur ermitteln können, bevor teure und zeitaufwändige Entwurfsimplantationen bei potenziell nicht optimalen oder pathologischen Designs eingesetzt werden.

Die Entwurfsanalyse ermöglicht es den Teams für physische Planung und Elektrik/Zuverlässigkeitsanalyse, das Design während der Implementierungsphasen zu validieren und Fehler zu erkennen, bevor nach Fertigstellung des physischen Entwurfs die Abnahmeprüfungen durchgeführt werden, wodurch Nacharbeiten und damit verbundene Verzögerungen im Zeitplan vermieden werden.

Ein sorgfältiger, vorab durchgeführter und validierter DFT-/Testablauf ermöglicht eine zeitnahe Durchführung der Tests während der Einführung des neuen Produkts (NPI) Phase des Programms, die einen früheren Markteintritt von Halbleiterprodukten ermöglicht.