3D-IC
關(guān)注創(chuàng)建者：陽普科技 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-23
3D-IC的視頻教程
Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例介紹
適用人群：半導(dǎo)體行業(yè)客戶，包含芯片、封裝設(shè)計(jì)人員 2.5D/3D IC相比較傳統(tǒng)IC具有更高的功能密度。
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Ansys RedHawk-SC-Electrothermal 2021 R1新功能介紹
近年來AI/HPC等芯片設(shè)計(jì)的蓬勃發(fā)展，伴隨這些設(shè)計(jì)除了最先進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用，2.5D/3D IC設(shè)計(jì)也逐漸成為主流。但采用最先進(jìn)工藝及設(shè)計(jì)技術(shù)的芯片，往往伴隨著諸多挑戰(zhàn)，其中散熱成為該類型芯片設(shè)計(jì)亟需考慮的問題。使用Ansys RedHawk-SC-Electrothermal，設(shè)計(jì)者可以輕松應(yīng)對3D IC的熱及熱應(yīng)力分析。本次會議將帶來3D IC熱可靠性分析的最新功能更新及案例分享。
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Ansys RedHawk-SC 2021 R1新功能介紹
本次Ansys半導(dǎo)體系列軟件更新發(fā)布會，也將介紹業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)電源噪聲簽核平臺RedHawk-SC，針對2.5D/3D IC 功耗、電源噪聲、信號完整性、電磁以及可靠性等多物理仿真問題也將進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享和探討。
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3D-IC的實(shí)例教程
正是這些瓶頸，促使設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向更具革命性的3D-IC設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的2D-IC相比，3D-IC具有多重優(yōu)勢：性能更高、功耗更低、外形更小，同時(shí)支持異構(gòu)集成，空間利用率和電氣性能都得到提升。
3D-IC的實(shí)現(xiàn)依賴于硅中介和TSV。硅中介是一層薄硅片，作為多個(gè)裸片（芯片）的公共基板，通過微凸塊和垂直TSV實(shí)現(xiàn)芯片間的高密度互連。相比2D-IC，這種結(jié)構(gòu)帶來了更好的散熱、更低的功耗、更高的集成密度和更優(yōu)的電氣特性。
3D-IC設(shè)計(jì)面臨的多物理場挑戰(zhàn)
盡管3D-IC優(yōu)勢突出，但其復(fù)雜的堆疊結(jié)構(gòu)和密集的互連也引入了一系列多物理場挑戰(zhàn)——即多種物理現(xiàn)象相互交織、相互影響的問題，主要包括傳熱、電遷移、應(yīng)力應(yīng)變和熱膨脹。
熱膨脹與應(yīng)力翹曲
3D-IC中使用了多種材料（硅、金屬、介質(zhì)等），它們的熱膨脹系數(shù)不同。當(dāng)溫度變化時(shí)，各層材料膨脹幅度不一，會產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和翹曲，影響芯片性能和可靠性。
多芯片3D-IC系統(tǒng)中的熱分布
傳熱與自熱效應(yīng)
由于晶體管和其他元件密度極高，且多層堆疊，熱量難以散出，大量熱能滯留在系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致溫度升高，這種現(xiàn)象稱為自熱。此外，3D-IC中包含數(shù)十億個(gè)元件，通過長互連線相連，這些連線在電流通過時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱進(jìn)一步推高溫度。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須對熱源進(jìn)行精確監(jiān)控和分析，確保芯片可靠運(yùn)行。
電遷移
電遷移是指電子在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，與金屬原子發(fā)生動(dòng)量交換，導(dǎo)致原子逐漸遷移，形成空洞或小丘，最終造成電路斷路或短路。由于3D-IC中電流密度高、結(jié)構(gòu)緊湊，電遷移風(fēng)險(xiǎn)尤為突出，必須通過可靠性驗(yàn)證來防范。
電源與信號完整性電源完整性（PI）和信號完整性（SI）始終是IC設(shè)計(jì)的核心問題。
展開 上述局限性，促使設(shè)計(jì)人員采用更具革命性的方法：3D-IC設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的2D-IC設(shè)計(jì)相比，這種方法具有多種優(yōu)勢，包括提高性能、降低功耗和縮小外形尺寸。此外，相較于2D-IC，3D-IC設(shè)計(jì)技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)集成，更高效地利用空間并提高電氣性能。
3D-IC使用硅中介（silicon interposer）和TSV，以便在不同IP之間實(shí)現(xiàn)更好的連接。硅中介是一種用于2.5D和3D-IC設(shè)計(jì)的薄硅晶片，可以在單個(gè)封裝中連接多個(gè)裸片或芯片。它可作為放置芯片的基板，并使用較小間距垂直TSV和微突進(jìn)行連接。與傳統(tǒng)的2D-IC相比，這可以實(shí)現(xiàn)更好的散熱、更低的功耗、更高的密度和更出色的電氣性能。
3D-IC的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
3D-IC設(shè)計(jì)面臨一些多物理場挑戰(zhàn)，包括傳熱、電遷移、應(yīng)力和應(yīng)變以及熱膨脹。這些挑戰(zhàn)是由于3D-IC的復(fù)雜性和互聯(lián)性而產(chǎn)生的，其中多個(gè)芯片相互堆疊，并使用TSV和微突進(jìn)行連接。
熱膨脹也是3D-IC設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。隨著IC溫度的變化，IC中使用的不同材料將以不同的速率膨脹，從而導(dǎo)致應(yīng)力和翹曲，影響其性能和可靠性。傳熱會使3D-IC設(shè)計(jì)中的溫度分布進(jìn)一步復(fù)雜化。由于晶體管和其他組件的高密度，3D-IC中的傳熱變得非常困難。大多數(shù)熱量都滯留在系統(tǒng)中，導(dǎo)致溫度升高。這種現(xiàn)象被稱為自熱。3D-IC由數(shù)十億個(gè)組件組成，這些組件通過較長的互連線連接。這些長連接產(chǎn)生的焦耳熱，是導(dǎo)致整體溫度升高的另一個(gè)主要因素。在設(shè)計(jì)3D-IC時(shí)，必須對這些熱源進(jìn)行監(jiān)控和分析，以確保可靠的性能。
Ansys Redhawk-SC Electrothermal提供了一種黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，用于進(jìn)行使用硅中介的3D-IC設(shè)計(jì)的熱行為仿真和檢查。您可以輕松地對3D-IC設(shè)計(jì)（包括硅中介）的幾何結(jié)構(gòu)和材料屬性進(jìn)行建模，并對設(shè)計(jì)中的傳熱進(jìn)行仿真。
展開 但是為了獲得這些優(yōu)勢，3D-IC設(shè)計(jì)人員必須解決伴隨多芯片共同設(shè)計(jì)及互聯(lián)高級封裝而來的復(fù)雜性顯著增加問題。與傳統(tǒng)單芯片設(shè)計(jì)相比，必須分析和控制更多的物理效應(yīng)，這就需要廣泛的物理仿真分析工具，以應(yīng)對多物理場帶來的爆發(fā)性復(fù)雜性。
Ansys運(yùn)用其多年積累的豐富多物理場仿真經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合最新的Redhawk-SC和Totem功能，以支持3D-IC電源完整性方面的進(jìn)步，以行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的姿態(tài)迎接這些挑戰(zhàn)。這包括專門用于解決3D-IC設(shè)計(jì)的熱完整性和高速完整性挑戰(zhàn)的全新功能，如RedHawk-SC Electrothermal。
在過去幾年里，Ansys因其在EDA設(shè)計(jì)流程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，獲得臺積電的官方認(rèn)證。2020年，Ansys憑借其先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)解決方案，成功通過臺積電高速CoWoS（晶圓基底芯片）和InFO（集成扇出型）2. 5D與3D封裝技術(shù)的早期認(rèn)證。還與臺積電的持續(xù)成功合作，實(shí)現(xiàn)了面向3D-IC設(shè)計(jì)的層級熱分析解決方案。在最近的一次合作中，Ansys Redhawk-SC和Totem通過了臺積電最新N3E和N4P工藝技術(shù)的簽核認(rèn)證。還有先進(jìn)工藝、多裸片先進(jìn)封裝和高速設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的合作，也已獲得三星和GlobalFoundries的認(rèn)證。Ansys甚至超越了代工廠簽核和認(rèn)證范疇，定義了集成這些工具的參考流程，如臺積電N6射頻（RF）設(shè)計(jì)參考流程。
展開 Ansys AI技術(shù)可提高3D-IC設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力，而更廣泛的合作則推動(dòng)了面向AI、HPC和高速數(shù)據(jù)通信半導(dǎo)體的創(chuàng)新3D-IC熱、機(jī)械應(yīng)力和光子解決方案發(fā)展
主要亮點(diǎn)
在設(shè)計(jì)3D集成電路（IC）組件時(shí)，Ansys人工智能（AI）驅(qū)動(dòng)的解決方案表現(xiàn)出更高的生產(chǎn)力，并為關(guān)鍵任務(wù)提供無縫自動(dòng)化
Ansys多物理場平臺，可支持臺積電客戶對不斷發(fā)展的3D-IC設(shè)計(jì)的可靠性分析需求
Ansys與臺積電攜手合作，為臺積電用于光學(xué)數(shù)據(jù)通信的緊湊型通用光子引擎（COUPE）開發(fā)了綜合全面的多物理場分析工作流程
近期，Ansys與臺積電擴(kuò)大合作范圍，利用AI推進(jìn)3D-IC設(shè)計(jì)，并為更廣泛的先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)新一代多物理場解決方案。兩家公司共同開發(fā)了新的工作流程，用于分析3D-IC、光子、電磁（EM）和射頻（RF）設(shè)計(jì)，該流程可以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)力。這些功能對于為高性能計(jì)算（HPC）、AI、數(shù)據(jù)中心連接和無線通信領(lǐng)域打造全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體產(chǎn)品至關(guān)重要。
利用AI提高生產(chǎn)力
創(chuàng)建正確的3D-IC設(shè)計(jì)，以優(yōu)化熱和電氣效應(yīng)（例如通道剖面），需要大量耗時(shí)的設(shè)計(jì)流程。為了最大限度地減少這種限制，設(shè)計(jì)人員使用Ansys optiSLang?流程集成和優(yōu)化軟件，通過自動(dòng)化來快速確定最佳設(shè)計(jì)配置。通過將optiSLang和用于設(shè)計(jì)分析和建模的Ansys RaptorX?芯片優(yōu)化電磁求解器盡早集成到計(jì)流程中，該解決方案減少了電磁仿真次數(shù)，并展示了協(xié)同優(yōu)化的通道設(shè)計(jì)。這不僅節(jié)省了時(shí)間，還降低了設(shè)計(jì)成本并加快了產(chǎn)品上市進(jìn)程。
此外，臺積電、Ansys和Synopsys繼續(xù)開展長期合作，確保為客戶提供卓越的技術(shù)解決方案。
展開 <p><strong>該聯(lián)合解決方案為分析2.5D/3D-IC多芯片系統(tǒng)中的機(jī)械應(yīng)力提供快速、高容量的云解決方案，以提高產(chǎn)品可靠性</strong></p><p><br></p><p><strong>主要亮點(diǎn)</strong></p><ul><li>管理熱機(jī)械應(yīng)力對于3D-IC的可靠性和魯棒性至關(guān)重要</li><li>Ansys與臺積電和微軟展開合作，為分析采用臺積電3DFabric技術(shù)的多芯片設(shè)計(jì)中的機(jī)械應(yīng)力提供快速、高容量的解決方案</li><li>Ansys Mechanical?能夠仿真大型3D集成電路中的應(yīng)力，且具有預(yù)測準(zhǔn)確性，可以助力客戶獲得穩(wěn)健可靠的產(chǎn)品</li></ul><p> </p><p>Ansys與臺積電（TSMC）和微軟（Microsoft）展開合作，驗(yàn)證了一項(xiàng)聯(lián)合解決方案，該方案用于分析采用臺積電3DFabric?先進(jìn)封裝技術(shù)的多芯片3D-IC系統(tǒng)中的機(jī)械應(yīng)力。該聯(lián)合解決方案使客戶能更有信心地滿足新的多物理場要求，從而提高采用臺積電3DFabric的先進(jìn)設(shè)計(jì)的功能可靠性。3DFabric是臺積電綜合全面的3D芯片堆疊與先進(jìn)封裝技術(shù)產(chǎn)品系列。</p><p><br></p><p>Ansys Mechanical是行業(yè)領(lǐng)先的有限元分析軟件，用于仿真3D-IC中熱梯度引起的機(jī)械應(yīng)力。該解決方案流程已被證明可在Microsoft Azure上高效運(yùn)行，有助于確保在當(dāng)今高度大型和復(fù)雜的2.5D/3D-IC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)快速的周轉(zhuǎn)時(shí)間。</p><p><br></p><p>3D-IC系統(tǒng)通常具有較大的溫度梯度，由于熱膨脹差，會導(dǎo)致組件之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械應(yīng)力。這些應(yīng)力會導(dǎo)致各種元件之間的連接發(fā)生斷裂或錯(cuò)位，并降低3D-IC裝配體的可靠壽命。而隨著半導(dǎo)體系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的增加，會更難以有效地對其進(jìn)行分析。
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3D-IC的最新內(nèi)容
應(yīng)對廣泛物理尺度范圍的挑戰(zhàn)，需要仿真工具的支持，例如新思科技RedHawk-SC電源完整性仿真軟件、用于簽核的新思科技Exalto芯片優(yōu)化電磁建模軟件、用于大型IP和3D集成電路（3D-IC）的新思科技PathFinder-SC靜電放電可靠性簽核，以及其他新思科技高性能計(jì)算（HPC）和數(shù)據(jù)中心解決方案。這些工具能夠在處理不同物理尺度問題時(shí)無縫銜接，同時(shí)保持準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。
三大核心挑戰(zhàn)：
信號完整性（SI） ：2.5D/3D封裝下，高密度互連帶來信號串?dāng)_、傳輸延遲
電源完整性（PI） ：芯片堆疊導(dǎo)致電源噪聲激增，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性
熱管理：高功耗芯片需要精密散熱設(shè)計(jì)，熱-電-磁-結(jié)構(gòu)多重耦合
NO.1 征服先進(jìn)封裝信號與電源挑戰(zhàn)——Ansys SIPI一站式解決方案
核心價(jià)值：在先進(jìn)封裝（如2.5D/3D-IC
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3/25 | 征服先進(jìn)封裝信號與電源挑戰(zhàn) — Ansys SIPI 一站式解決方案
時(shí)間：10:30-11:30
主題簡介：在先進(jìn)封裝（如2.5D/3D-IC、芯片堆疊）時(shí)代，高密度互連帶來信號串?dāng)_、電源噪聲和熱電耦合等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。Ansys AEDT 持續(xù)創(chuàng)新，最新版本推出多項(xiàng)強(qiáng)大功能，顯著提升 SI/PI 分析效率與精度。
3D-IC技術(shù)：芯片集成的新范式
在消費(fèi)電子、通信、計(jì)算和汽車等眾多領(lǐng)域，對更高性能、更低功耗設(shè)備的需求持續(xù)攀升。為了應(yīng)對這一趨勢，集成電路（IC）設(shè)計(jì)正從傳統(tǒng)的二維平面向三維立體架構(gòu)演進(jìn)——3D-IC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
什么是3D-IC技術(shù)？
3D-IC是一類多芯片集成電路封裝技術(shù)的總稱。
一期一會 | 什么是電源完整性？3個(gè)月前
正因如此，工程師需要一套強(qiáng)大的工具來計(jì)算芯片級電源完整性，例如用于模擬和混合信號IC的Ansys Totem平臺或用于數(shù)字和3D-IC的Ansys RedHawk-SC平臺。
在虛擬測量和分析中，最重要的部分是確保仿真能夠考慮所有實(shí)際工作條件和使用場景，以確保能夠識別和解決所有潛在的電源完整性問題。
一期一會 | 什么是電子產(chǎn)品熱管理？4個(gè)月前
在芯片層面，工程師將Ansys Redhawk-SC Electrothermal?軟件作為2.5D和3D-IC系統(tǒng)的簽核解決方案。Redhawk-SC Electrothermal軟件與Icepak軟件相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)感知芯片設(shè)計(jì)。
工程師需要管理的另一個(gè)熱源，是電子應(yīng)用中電磁產(chǎn)生的熱量。大功率天線等高頻應(yīng)用中，會因電磁波傳播的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量。
光刻技術(shù)第6期 | 三維嚴(yán)格矢量光刻成像5個(gè)月前
01/簡介
3D NAND、3D IC等立體集成電路的高密度堆疊需求，推動(dòng)光刻圖形向三維立體化深度演進(jìn)，傳統(tǒng)二維模型已難以適配厚掩模深度衍射及偏振態(tài)三維演化的復(fù)雜物理過程。
專注于數(shù)字SOC芯片電源完整性sign-off以及2.5D/3D IC多物理場sign-off解決方案，并在芯片-封裝-系統(tǒng)聯(lián)合仿真解決方案領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗(yàn)。
鄒黎 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
2020年加入Ansys，負(fù)責(zé)Ansys半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部RedHawk-SC/Pathfinder-SC/RedHawk-SC-ET產(chǎn)品的售前/售后技術(shù)支持以及項(xiàng)目仿真的咨詢工作。
一期一會 | 什么是多物理場？8個(gè)月前
多物理場的未來
一些產(chǎn)品發(fā)展趨勢推動(dòng)了對多物理場建模更廣泛應(yīng)用的需求，包括芯片和3D集成電路（3D-IC）中的可持續(xù)性和更高的功率密度要求。隨著企業(yè)不斷創(chuàng)新，努力提高功率和減少浪費(fèi)，多物理場分析將為其提供全面了解設(shè)計(jì)中物理現(xiàn)象之間相互作用所需的整體洞察能力。
歡迎聯(lián)系我們，以進(jìn)一步了解Ansys軟件如何幫助企業(yè)利用仿真的預(yù)測功能來突破設(shè)計(jì)極限。
專注于數(shù)字SOC芯片電源完整性sign-off以及2.5D/3D IC多物理場sign-off解決方案，并在芯片-封裝-系統(tǒng)聯(lián)合仿真解決方案領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗(yàn)。
鄒黎 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
2020年加入Ansys，負(fù)責(zé)Ansys半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部RedHawk-SC/Pathfinder-SC/RedHawk-SC-ET產(chǎn)品的售前/售后技術(shù)支持以及項(xiàng)目仿真的咨詢工作。
