Sip設計
關注創建者：匿名 創建時間：2022-05-31
Sip設計的實例教程
作為對比，SiP有以下幾個優勢：
SiP模塊的面積、體積有效減小，使PCB板面積大大減小
從板級電路變成一顆SiP模塊，面積減小，抗振動能力顯著提升
內部互聯線變短，芯片和芯片之間取消封裝引腳，取而代之的是鍵合線及基板上的導線，寄生電容、電阻、電感數量級減小，因此功耗、傳輸延時也會隨之降低，顯著地提升了電路的電性能
傳輸路徑變短，對外產生的干擾也相對減小，可降低噪聲和EMI問題
SiP設計挑戰
鑒于系統對性能、功耗、密度的要求越來越高，SiP開始更多地使用2.5D/3D/晶圓級先進封裝工藝，包含先進封裝工藝的SiP是一個集成了各種有源和無源器件、結構復雜的高性能系統，普遍具有多芯片集成、三維芯片堆疊、硅通孔等帶來的諸多技術上的挑戰。
一、設計與仿真的挑戰：從電路原理設計、芯片如何堆疊、多層基板設計、電性能仿真、散熱問題分析等，芯片設計公司或者傳統封裝設計者以前無需考慮這么多問題，因此遇到這么多設計挑戰會變的無法勝任。
二、設計團隊的稀缺：先進封裝工藝出現了硅基設計，這對傳統封裝設計者來說是陌生的元素。對于IC設計者，系統電路設計、板級設計、先進封裝也都不是他們擅長的。PCB專家在設計SiP基板時，會發現更多的問題，設計寄生參數、散熱、應力等等。行業內有經驗的SiP與先進封裝設計設計團隊相當稀缺和昂貴，導致很多客戶有想法和計劃，但設計與管理團隊的組建遭遇困難，從而導致落地進度相當慢。
三、先進封裝的產能匱乏：SiP封裝里往往具有很多不同功能的裸芯片，這些芯片的來源對于設計者來講是一個非常頭疼的問題。因為芯片廠商對裸芯片出貨的把控很嚴，很多公司甚至禁止出售，加上貿易戰的影響，用戶想拿到裸芯片的難度非常大。
展開 EDA設計工具在SiP實現流程中占有舉足輕重的地位。文章在介紹Cadence 產品的基礎上，同時梳理和補全了業界常用的其他幾大EDA公司的主流SiP設計與仿真工具。供大家參考和學習。
--------設計工具--------
Cadence的Allegro Package Designer Plus，是封裝設計業內的準行業標準工具，可實現WireBond、FlipChip、SiP、Chiplet異構集成，2.5D/3D硅基封裝的設計與驗證。對于SiP系統級封裝產品來說：
01、可實現裸芯，無源器件在基板上的構建，封裝基板的疊構，支持Wirebond金（銅）線設計，HDI微孔結構設計，基板布線設計，及多種類后處理。
02、其基于Constraint Manager的規則設計，提供了一個高可靠性的設計/可制造性/信號完整性一體化平臺。
03、制造方面，提供幾乎所有種類的生產文件如ODB++,Gerber274X等等。
04、與Cadence 自身的Sigrity系列，Celcius系列，Clarity系列仿真軟件無縫集成，軟件內部的模型參數導出工具可將基板參數直接在仿真工具中進行編輯，縮短了仿真驗證前期準備的耗時。
05、其具有的3D編輯器與主流仿真軟件的仿真模型一體化關聯，保證了SiP封裝在2.5D/3D熱仿真，3D力學仿真驗證領域數據的一致性與準確性。
06、支持多用戶在同一界面下完成設計及檢查。
（裸芯疊構示意）
（Wire Bond 設置）
（3D檢查）
在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。
展開 另外作為 Cadence 華東地區總代理，我們熟練掌握 Cadence SiP 設計全流程工具的使用方法與應用，能為客戶提供專業而且快速高效的設計與產品咨詢服務。
到目前為止，服務過的客戶有 58 所，607 所，614 所，772 所，715 所，218 所，華東光電研究所等。SiP 制造工程化合作伙伴包括但不限于：長電科技，深南電路，58 所，55 所，214 所。
以下從培訓，項目輔導和設計服務，三個方面介紹 SiP 工程化研制的服務包內容。
SiP項目輔導服務
對用戶的一個真實 SiP 工程化研制項目，提供全程應用咨詢與輔導服務。咨詢服務內容涵蓋了SiP 設計全流程以及生產制造相關，以及全流程 EDA 工具的使用指導。形式上使用用戶現場或者遠程咨詢相結合的方式。目標是讓用戶從零開始到可以建立和導入 SiP 的設計、仿真工程數據，熟悉和掌握設計和仿真環境，實現工程化數據輸出，最終達到與設計、制造的委外合作單位可以進行全 方位的設計協同、檢查、確認和驗收等。更重要的是，通過一個項目的全程咨詢服務，幫助團隊建 立SiP設計與工程化制造的全流程能力。
項目輔導服務具體的服務范圍包括以下：
SiP設計服務
公司系統設計部，有豐富的設計人力資源，設計過各種功能的 SiP 產品，從消費級到工業級涵蓋了各行各業，能為客戶提供快速高效低成本的設計方案。在設計工具方面，Cadence 目前是業界唯一可以為 SiP 產品提供全流程設計工具的公司，幾乎所有封裝廠以接收 Cadence 工具的數據為主，作為 Cadence 產品的代理商，依靠 Cadence 設計工具的軟件功能，我們更加專業和方便地實現上述設計仿真全流程。
展開 EDA設計工具在SiP制造流程中占有舉足輕重的地位，目前市面上最常見的SiP設計工具是Allegro Package Designer Plus和SiP Layout Option，其可實現2D 2.5D 3.D 等封裝工藝中芯片，封裝，無源器件在基板上的構建，疊構，設計，驗證及生產文件生成。其簡化了多個芯片集成在單個基板上的設計流程 。
裸芯疊構示意
Wire Bond 設置
3D檢查
同時在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。Cadence針對封裝SIP的仿真分析工具主要分為三大類：一是封裝模型的提取、建模工具，二是信號完整性工具，第三類為電源完整性工具，具體如下：
模型提取
? XtractIM
XtractIM 是一款專門針對IC封裝的寬帶模型提取及封裝性能評估工具。XtractIM能夠生成標準的IBIS格式和SPICE子電路格式的封裝模型。提取出的模型可以是各引腳或各網絡的RLC網表，可以是帶耦合參數的矩陣，也可以是Pi/T型SPICE子電路。XtractIM生成的模型可以用來評估封裝模型電性能的好壞，也可用于系統級的SI和PI的仿真。
? XcitePI
XcitePI 是以芯片為中心的仿真和模型提取工具，可以用來設計和驗證電源分配網絡（PDN）和高速I/O。XcitePI可以提取芯片PDN模型和I/O互連模型。用戶可以選擇對部分結構或者整個芯片提取模型。模型提取考慮到整個芯片電源網格所有導體的寄生電阻，電容和電感的耦合。XcitePI提取的模型可以進一步用在系統級分析或者芯片-封裝-PCB的協同設計。XcitePI還支持時域和頻域的芯片PDN仿真，評估I/O電源地和信號的性能。
展開 所以在設計SiP時，在滿足功能的前提下，盡可能簡單，用最少的芯片實現SiP的功能，否則，其中一顆芯片失效了，其它芯片往往就跟著“陪葬”了。
(3) 目的性，系統都具有明確目的，即系統表現出的某種特定功能。這種目的必須是系統的整體目的，不是構成系統要素或子系統的局部目的。通常情況下，一個系統可能有多重目的性。對應到SiP上，就涉及到SiP功能的定義，如果有明確的應用目的，SiP的功能定義就容易明確，應當避免目的不明確而將功能定義的含糊，從而增加SiP設計實現的難度。
(4) 層次性，一個復雜的系統由多個子系統組成，子系統可能又分成多個更小的子系統，而這個系統本身又是一個更大系統的組成部分，系統是有層次的。系統的結構與功能都是指的相應層次上的結構與功能，而不能代表高層次和低層次上的結構與功能。對應到SiP上，SiP應該屬于一個復雜系統的子系統，同時SiP中還會包含更小的系統，例如一個SiP中可能包含一顆或者多顆SoC，或者已經通過晶圓級封裝工藝完成一次集成的產品。
(5) 環境適應性，系統所具有的隨外部環境變化相應進行自我調節、以適應新環境的能力。系統必須在環境變化時，對自身功能作出相應調整。沒有環境適應性的系統，是沒有生命力的。對應到SiP上，在設計SiP時，應當考慮到環境的變化對SiP產品的影響，考慮到SiP可能的應用領域以及產品的生命周期。
(6) 動態性，系統的生命周期所體現出的系統本身也處在孕育、產生、發展、衰退、湮滅的變化過程中。對應到SiP上，同樣存在SiP產品構思、規劃、設計、生產、測試、推廣、應用、更新換代等過程。
微 系 統 的 定 義
微系統通常是指在很小的尺度內實現的系統，這個尺度通常是指一個芯片內部或者封裝的內部。
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憑借豐富的 SiP 設計經驗和強大的工具資源，對于有 SiP 產品設計需求的客戶，我們能為客戶提供定制化的 SiP 設計服務。
一站式服務：經過多年的 SiP 開發經驗，建立了完整的 SiP 開發及生產一站式服務。
EDA設計工具在SiP實現流程中占有舉足輕重的地位。文章在介紹Cadence 產品的基礎上，同時梳理和補全了業界常用的其他幾大EDA公司的主流SiP設計與仿真工具。供大家參考和學習。
EDA設計工具在SiP制造流程中占有舉足輕重的地位，目前市面上最常見的SiP設計工具是Allegro Package Designer Plus和SiP Layout Option，其可實現2D 2.5D 3.D 等封裝工藝中芯片，封裝，無源器件在基板上的構建，疊構，設計，驗證及生產文件生成。其簡化了多個芯片集成在單個基板上的設計流程 。
圖元SiP設計服務
上海圖元作為一家集成電路與電子系統研發綜合服務提供商，我們提供SiP及3D-IC/2.5D-IC先進封裝的設計與生產一站式服務。專業的Sip與先進封裝設計團隊，設計過各種功能的SiP產品，從消費級到工業級涵蓋了各行各業，能為客戶提供快速高效低成本的設計方案。
SiP 在設計過程中主要通過熱仿真的方法分析其熱應力的分布情況，可能存在的熱點等，據此通過更改SiP 設計改善其熱設計。中電 29 所的季興橋利用有限元分析方法對 SiP 中芯片堆疊和倒裝焊接兩種高密度芯片組裝做了熱仿真分析，發現在同等環境下倒裝焊芯片的溫度要高于芯片堆疊封裝。
三、SIP封裝類型
從目前業界SIP的設計類型和結構區分，SIP可分為三類。
通過運用先進的封裝技術，可將多個芯片集成至系統級封裝（SiP）設計內，從而顯著提升容量、性能與靈活性，這將打造全新的集成系統。
Ansys電子與半導體事業部副總裁兼總經理John Lee指出：“IFS成立的初衷是幫助滿足全球不斷增長的半導體需求，能夠成為支持半導體行業發展的一份子，Ansys引以為豪。此外，我們很榮幸能夠與IFS結盟，成為其新聯盟中的主要EDA廠商之一。
通過運用先進的封裝技術，可將多個芯片集成至系統級封裝（SiP）設計內，從而顯著提升容量、性能與靈活性，這將打造全新的集成系統。
Ansys電子與半導體事業部副總裁兼總經理John Lee指出：“IFS成立的初衷是幫助滿足全球不斷增長的半導體需求，能夠成為支持半導體行業發展的一份子，Ansys引以為豪。此外，我們很榮幸能夠與IFS結盟，成為其新聯盟中的主要EDA廠商之一。
通過運用先進的封裝技術，可將多個芯片集成至系統級封裝（SiP）設計內，從而顯著提升容量、性能與靈活性，這將打造全新的集成系統。
Ansys電子與半導體事業部副總裁兼總經理John Lee指出：“IFS成立的初衷是幫助滿足全球不斷增長的半導體需求，能夠成為支持半導體行業發展的一份子，Ansys引以為豪。此外，我們很榮幸能夠與IFS結盟，成為其新聯盟中的主要EDA廠商之一。
三、SIP封裝類型：
從目前業界SIP的設計類型和結構區分，SIP可分為三類。
3.1 2D SIP
此類封裝是在同一個封裝基板上將芯片一個挨一個的排列以二維的模式封裝在一個封裝體內。
3.2 堆疊SIP
此類封裝是在一個封裝中采用物理的方法將兩個或多個芯片堆疊整合起來進行封裝。
