3D-IC的案例
Ansys | 3D-IC設計：芯片集成的創新方法
正是這些瓶頸，促使設計人員轉向更具革命性的3D-IC設計。與傳統的2D-IC相比，3D-IC具有多重優勢：性能更高、功耗更低、外形更小，同時支持異構集成，空間利用率和電氣性能都得到提升。
3D-IC的實現依賴于硅中介和TSV。硅中介是一層薄硅片，作為多個裸片（芯片）的公共基板，通過微凸塊和垂直TSV實現芯片間的高密度互連。相比2D-IC，這種結構帶來了更好的散熱、更低的功耗、更高的集成密度和更優的電氣特性。
3D-IC設計面臨的多物理場挑戰
盡管3D-IC優勢突出，但其復雜的堆疊結構和密集的互連也引入了一系列多物理場挑戰——即多種物理現象相互交織、相互影響的問題，主要包括傳熱、電遷移、應力應變和熱膨脹。
熱膨脹與應力翹曲
3D-IC中使用了多種材料（硅、金屬、介質等），它們的熱膨脹系數不同。當溫度變化時，各層材料膨脹幅度不一，會產生機械應力和翹曲，影響芯片性能和可靠性。
多芯片3D-IC系統中的熱分布
傳熱與自熱效應
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內部，導致溫度升高，這種現象稱為自熱。此外，3D-IC中包含數十億個元件，通過長互連線相連，這些連線在電流通過時產生的焦耳熱進一步推高溫度。因此，設計時必須對熱源進行精確監控和分析，確保芯片可靠運行。
電遷移
電遷移是指電子在導體中運動時，與金屬原子發生動量交換，導致原子逐漸遷移，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、結構緊湊，電遷移風險尤為突出，必須通過可靠性驗證來防范。
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設計的核心問題。
展開 科普時刻 | 3D-IC設計：芯片集成的創新方法
上述局限性，促使設計人員采用更具革命性的方法：3D-IC設計。與傳統的2D-IC設計相比，這種方法具有多種優勢，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設計技術還可實現異構集成，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之間實現更好的連接。硅中介是一種用于2.5D和3D-IC設計的薄硅晶片，可以在單個封裝中連接多個裸片或芯片。它可作為放置芯片的基板，并使用較小間距垂直TSV和微突進行連接。與傳統的2D-IC相比，這可以實現更好的散熱、更低的功耗、更高的密度和更出色的電氣性能。
3D-IC的設計挑戰
3D-IC設計面臨一些多物理場挑戰，包括傳熱、電遷移、應力和應變以及熱膨脹。這些挑戰是由于3D-IC的復雜性和互聯性而產生的，其中多個芯片相互堆疊，并使用TSV和微突進行連接。
熱膨脹也是3D-IC設計中的一項挑戰。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，從而導致應力和翹曲，影響其性能和可靠性。傳熱會使3D-IC設計中的溫度分布進一步復雜化。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。大多數熱量都滯留在系統中，導致溫度升高。這種現象被稱為自熱。3D-IC由數十億個組件組成，這些組件通過較長的互連線連接。這些長連接產生的焦耳熱，是導致整體溫度升高的另一個主要因素。在設計3D-IC時，必須對這些熱源進行監控和分析，以確保可靠的性能。
Ansys Redhawk-SC Electrothermal提供了一種黃金標準技術，用于進行使用硅中介的3D-IC設計的熱行為仿真和檢查。您可以輕松地對3D-IC設計（包括硅中介）的幾何結構和材料屬性進行建模，并對設計中的傳熱進行仿真。
展開 Ansys進入EDA廠商第一梯隊，這對3D-IC意味著什么？
但是為了獲得這些優勢，3D-IC設計人員必須解決伴隨多芯片共同設計及互聯高級封裝而來的復雜性顯著增加問題。與傳統單芯片設計相比，必須分析和控制更多的物理效應，這就需要廣泛的物理仿真分析工具，以應對多物理場帶來的爆發性復雜性。
Ansys運用其多年積累的豐富多物理場仿真經驗，結合最新的Redhawk-SC和Totem功能，以支持3D-IC電源完整性方面的進步，以行業領導者的姿態迎接這些挑戰。這包括專門用于解決3D-IC設計的熱完整性和高速完整性挑戰的全新功能，如RedHawk-SC Electrothermal。
在過去幾年里，Ansys因其在EDA設計流程中發揮的關鍵作用，獲得臺積電的官方認證。2020年，Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案，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封裝技術的早期認證。還與臺積電的持續成功合作，實現了面向3D-IC設計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工藝技術的簽核認證。還有先進工藝、多裸片先進封裝和高速設計等領域的合作，也已獲得三星和GlobalFoundries的認證。Ansys甚至超越了代工廠簽核和認證范疇，定義了集成這些工具的參考流程，如臺積電N6射頻（RF）設計參考流程。
展開 Ansys攜手臺積電和微軟加速機械應力仿真，基于云技術實現3D-IC可靠性
<p><strong>該聯合解決方案為分析2.5D/3D-IC多芯片系統中的機械應力提供快速、高容量的云解決方案，以提高產品可靠性</strong></p><p><br></p><p><strong>主要亮點</strong></p><ul><li>管理熱機械應力對于3D-IC的可靠性和魯棒性至關重要</li><li>Ansys與臺積電和微軟展開合作，為分析采用臺積電3DFabric技術的多芯片設計中的機械應力提供快速、高容量的解決方案</li><li>Ansys Mechanical?能夠仿真大型3D集成電路中的應力，且具有預測準確性，可以助力客戶獲得穩健可靠的產品</li></ul><p> </p><p>Ansys與臺積電（TSMC）和微軟（Microsoft）展開合作，驗證了一項聯合解決方案，該方案用于分析采用臺積電3DFabric?先進封裝技術的多芯片3D-IC系統中的機械應力。該聯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的先進設計的功能可靠性。3DFabric是臺積電綜合全面的3D芯片堆疊與先進封裝技術產品系列。</p><p><br></p><p>Ansys Mechanical是行業領先的有限元分析軟件，用于仿真3D-IC中熱梯度引起的機械應力。該解決方案流程已被證明可在Microsoft Azure上高效運行，有助于確保在當今高度大型和復雜的2.5D/3D-IC系統中實現快速的周轉時間。</p><p><br></p><p>3D-IC系統通常具有較大的溫度梯度，由于熱膨脹差，會導致組件之間產生強烈的機械應力。這些應力會導致各種元件之間的連接發生斷裂或錯位，并降低3D-IC裝配體的可靠壽命。而隨著半導體系統的規模和復雜性的增加，會更難以有效地對其進行分析。
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客戶案例 | 臺積電通過集成AI技術加速3D-IC設計，進一步擴大與Ansys的合作
Ansys AI技術可提高3D-IC設計的生產力，而更廣泛的合作則推動了面向AI、HPC和高速數據通信半導體的創新3D-IC熱、機械應力和光子解決方案發展
主要亮點
在設計3D集成電路（IC）組件時，Ansys人工智能（AI）驅動的解決方案表現出更高的生產力，并為關鍵任務提供無縫自動化
Ansys多物理場平臺，可支持臺積電客戶對不斷發展的3D-IC設計的可靠性分析需求
Ansys與臺積電攜手合作，為臺積電用于光學數據通信的緊湊型通用光子引擎（COUPE）開發了綜合全面的多物理場分析工作流程
近期，Ansys與臺積電擴大合作范圍，利用AI推進3D-IC設計，并為更廣泛的先進半導體技術開發新一代多物理場解決方案。兩家公司共同開發了新的工作流程，用于分析3D-IC、光子、電磁（EM）和射頻（RF）設計，該流程可以實現更高的生產力。這些功能對于為高性能計算（HPC）、AI、數據中心連接和無線通信領域打造全球領先的半導體產品至關重要。
利用AI提高生產力
創建正確的3D-IC設計，以優化熱和電氣效應（例如通道剖面），需要大量耗時的設計流程。為了最大限度地減少這種限制，設計人員使用Ansys optiSLang?流程集成和優化軟件，通過自動化來快速確定最佳設計配置。通過將optiSLang和用于設計分析和建模的Ansys RaptorX?芯片優化電磁求解器盡早集成到計流程中，該解決方案減少了電磁仿真次數，并展示了協同優化的通道設計。這不僅節省了時間，還降低了設計成本并加快了產品上市進程。
此外，臺積電、Ansys和Synopsys繼續開展長期合作，確保為客戶提供卓越的技術解決方案。
展開 客戶案例 | 智原科技利用Ansys多物理場分析增強3D-IC設計服務
Ansys經過認證的半導體解決方案將幫助智原科技縮短2.5D/3D-IC的設計周期，并確保設計符合信號完整性和性能目標
主要亮點
智原科技將使用Ansys RaptorX?片上電磁（EM）建模解決方案來增強2.5D/3D集成電路（IC）的先進封裝設計開發
Ansys解決方案將幫助智原科技優化其硅中介和多芯片設計（Multi-die Design），從而支持更出色的內存帶寬、信號完整性和終端應用性能
近期，半導體行業領先企業智原科技（Faraday Technology Corporation）正在進一步擴大其應用Ansys技術的范圍，以增強其開發多芯片2.5D/3D-IC先進設計的能力，這對于人工智能（AI）、IoT和5G應用至關重要。在Ansys的支持下，智原科技將能夠幫助其客戶探索更可靠的設計選項，以實現更具創新性的產品。
作為一家領先的專用集成電路（ASIC）設計服務和IP提供商，智原科技致力于為客戶的芯片設計項目提供支持。近期，智原科技推出了2.5D/3D-IC先進封裝服務，以滿足行業對多芯片設計的爆發式需求，旨在實現性能更佳、功耗更低的產品。為滿足上述需求，工程師需要使用合適的多物理場分析工具，以在制造之前驗證芯片設計是否具備可靠的信號和結構完整性以及可靠的配電。另一方面，開發更易受EM問題影響的更高密度芯片的趨勢，又加劇了這一挑戰。
通過在設計流程中引入RaptorX，智原科技將能夠提高其開發流程的精度和效率。此外，還可實現先進3D-IC產品的預測準確性EM建模和分析，確保數據傳輸符合嚴格的現代標準。這將提高設計的保真度，提高性能和可靠性，并加速產品上市進程。
智原科技研發副總裁C.H. Chien表示：“我們廣泛的芯片IP能夠為我們的客戶開展設計奠定堅實的基礎，使他們能夠專注于創新，并在市場中脫穎而出。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
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2.5D/3D IC相比較傳統IC具有更高的功能密度。通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢，由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，5月26日下午4點，【Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享】網絡研討會即將開播，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
關于Simulation World
Simulation World是一場面向全球觀眾且為免費的在線虛擬盛會，將于2020年6月10日-11日舉行，屆時，來自Ansys，客戶和合作伙伴多名演講者將在此發表主題演講。內容涵蓋自動駕駛、電氣化、工業物聯網以及后疫情時代的數字化轉型等前沿趨勢探討，Ansys合作伙伴也將在其冠名的虛擬展廳中展示相關解決方案。立即掃碼報名！
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展開 【ANSYS線上直播回看】2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
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2.5D/3D IC通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢。由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄屏內容，供大家回看學習。
越來越多的企業在整個產品生命周期中融入前沿的ANSYS仿真技術，加速企業創新與實現數字化轉型。近期發布的ANSYS 2020 R1帶來全新升級的功能，同時上線新一季為大家精心打造的“30天密集學習計劃”，進一步了解ANSYS前沿仿真技術和行業應用。
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展開 5/26 Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
簡介：
2.5D/3D IC相比較傳統IC具有更高的功能密度。通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢，由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
時間：
2020/05/26 16:00~17:00
報名方式：
點擊鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1854380366/index?c=jishulink
展開 Moldex3D模流分析之使用IC模組
為了預測IC芯片在封裝過程中受到環氧樹脂流動所造成的金線偏移量值與行為，Moldex3D IC 封裝模塊 目前設定Moldex3D線性求解器作為默認方式；因為線性仿真能夠快速進行小變形分析，加速取得金線偏移結果。然而目前常見的重點分析案例，金線偏移都是基于大變形的結果，故使用線性分析的結果值，容易高估整體變形量。因此Moldex3D新增了支持非線性分析選項，用以改善金線偏移預測并獲得更準確的結果。
使用Moldex3D IC 封裝模塊 ，金線偏移分析可分為兩種，即支持外部ANSYS和ABAQUS兩種應力分析求解器，針對幾何非線性及材料非線性的偏移計算。若使用內部Moldex3D的求解，目前已新增考慮幾何非線性的計算，但對于材料特性仍是線性計算。各種金線分析的求解器可支持線性與非線性分析狀況如下表所示。接下來我們也針對Moldex3D求解器進行非線性的金線偏移分析的操作流程和驗證結果，提出更進一步的分析結果比對。
各種應力求解器對應金線偏移分析支持項目
Moldex3D求解器金線偏移非線性計算設定流程
步驟1：使用IC模塊在計算參數設定中，在封裝分頁下選擇應力求解器為Moldex3D。
步驟2：在金線偏移分析下的幾何字段選取非線性，并在最下方點選確認完成計算參數設定。
步驟3：在所有設定完成后啟動分析順序設定，并先確保已完成充填分析后，再接續進行金線偏移分析。單擊開始分析立刻執行計算。
注意：需要先有充填分析結果，才能進行金線偏移分析
驗證與結果分析
透過ANSYS和Moldex3D兩種非線性應力求解器分析結果發現，結果項中金線偏移量值與分布，無論使用哪一求解器，都具有良好且一致的偏移結果。這也意味著金線偏移在大變形影響下，主要受到幾何非線性影響較為明顯。
展開 Moldex3D模流分析之3D IC組件
對于IC封裝模擬而言，手動建立網格模型十分耗時，更不用說復雜結構的網格。Moldex3D Studio提供了自動建構網格技術，幫助使用者將2D圖面設計直接自動生成實體網格，此項技術降低前處理的時間成本，讓使用者更容易執行網格劃分。
而在使用自動混和網格功能前，用戶應先準備包含尺寸與位置的2D草圖，藉由Studio的封裝組件精靈定義圖面屬性、高度等等相關信息，從而將2D圖面轉為3D的IC組件，接著在網格生成的步驟中，針對一系列的參數設定，使用封裝實體網格精靈以生成各組件細小的實體網格，以下說明自動網格建模流程：
1.以曲線繪制2D草圖
在Studio建立新項目，選擇Solid網格與封裝制程以開啟后續對應的功能，接著建立2D草圖，方法有兩種：點選匯入幾何以匯入IGS檔案或使用工具頁簽繪制特征線，包含芯片、溢流區等組件。
注：確保每個組件的特征線皆是封閉曲線
2.建立基底平面
Moldex3D支持曲線或面（基底平面）定義的2D圖面以簡化生成組件的流程。在基底平面模式中，使用裁切平面功能將所選擇的封閉曲線生成基底平面。基底平面的建立能夠修改表面網格，以方便使用者后續在精靈中建立組件。
注：封裝組件精靈支持由CSV文件(包含錫球位置與直徑等數據)建立大量的錫球組件模型，用戶需要以萃取邊曲線和設定XYZ坐標工具在Z平面上建立其2D草圖。
3.以基底平面建立IC組件
在封裝組件精靈中選取目標面，并設定屬性、材料群組、厚度與Z軸位置，設定完后點選存盤即可創建組件，然后進行下一個組件的設定。
完成所有IC組件的設定后即可使用自動生成混合網格功能，在使用此功能前，用戶可以自行增加、刪除或編輯組件設定。
展開 
行業熱點丨SimLab解決方案如何高效應對3D IC多物理場與ECAD建模挑戰？
半導體行業正快速超越傳統2D封裝技術，積極采用 3D集成電路（3D ICs）和2.5D 先進封裝等方案。這些技術通過異構芯粒、硅中介層和復雜多層布線實現更高性能與集成度。然而，由于電子計算機輔助設計（ECAD）數據規模龐大且結構復雜，這種技術演進給建模、仿真和可靠性評估帶來了重大挑戰。
01現代 ECAD 模型日益增長的復雜性
現代 IC 封裝在多層布線中涉及數千條網絡，并采用多種具有不同物理特性的材料，導致 ECAD 數據集極為龐大，難以管理與分析。3D 存儲立方體和堆疊芯片封裝中的高密度布線及緊湊布局，還帶來了更高的功率密度和機械應力。設計人員面臨熱應力、分層、芯片翹曲和焊料疲勞等問題，這些都可能嚴重影響封裝的可靠性。傳統仿真工具難以高效處理此類精細模型，往往需要過長的運行時間，限制了早期設計探索的空間。
02多物理場仿真面臨的挑戰
大規模 3D IC 封裝的多物理場仿真存在多重技術難點。首先，ECAD 數據的體量和復雜性對現有工具的模型導入與處理能力形成巨大壓力。精確分析需要耦合熱、機械、疲勞和電磁等多重物理效應，同時還需處理異質材料和薄層幾何結構。盡管全局精細網格劃分會帶來高昂的計算成本，但在關鍵區域仍不可或缺。此外，向系統級布局規劃和異質集成的轉型，也要求傳統 EDA 工具尚未完全支持的新型工作流程。
03Altair SimLab 的突破性解決方案
Altair SimLab 通過專為大規模 ECAD 模型設計的革命性多物理場仿真環境，有效應對上述挑戰。該解決方案具備以下創新特性：
1.高效模型處理能力
將模型導入時間從數小時縮短至分鐘級，使常規桌面硬件即可完成精細仿真。
2.智能金屬映射技術
基于金屬與介電質的體積含量計算等效材料屬性，將精密布線結構簡化為有效的連續材料表征，同時保持仿真精度。
展開 Ansys攜手臺積電推出面向3D-IC設計的熱分析解決方案
Ansys RedHawk-SC Electrothermal是一款用于求解2.5D/3D多芯片IC系統的多物理場電源完整性、信號完整性和熱方程的仿真軟件產品。Ansys RedHawk-SC是一款用于半導體設計的電源完整性和可靠性分析工具，經臺積電認證，可對所有FinFET工藝節點（包括最新的4nm和3nm）進行簽核。
Ansys副總裁兼電子與半導體事業部總經理John Lee指出：“Ansys認為，3D-IC技術的普及將為半導體行業以及我們的客戶帶來巨大利益。我們將一如既往地與臺積電攜手合作，提供與臺積電先進3DFabric技術緊密結合并由其驗證的多物理場仿真平臺。”
展開 Ansys攜手臺積電推出面向3D-IC設計的熱分析解決方案
Ansys RedHawk-SC Electrothermal是一款用于求解2.5D/3D多芯片IC系統的多物理場電源完整性、信號完整性和熱方程的仿真軟件產品。Ansys RedHawk-SC是一款用于半導體設計的電源完整性和可靠性分析工具，經臺積電認證，可對所有FinFET工藝節點（包括最新的4nm和3nm）進行簽核。
Ansys副總裁兼電子與半導體事業部總經理John Lee指出：“Ansys認為，3D-IC技術的普及將為半導體行業以及我們的客戶帶來巨大利益。我們將一如既往地與臺積電攜手合作，提供與臺積電先進3DFabric技術緊密結合并由其驗證的多物理場仿真平臺。”
展開 官方免費 | 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
直播簡介
HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
適宜人群
半導體行業客戶，包含芯片、封裝設計人員
時間安排
2020年2月21日 16：00
講師簡介
褚正浩
主任工程師
于2012年加入ANSYS，有多年的高速信號及電源完整性設計經驗，目前主要負責ANSYS中國High-tech行業的技術方案規劃，為ANSYS的客戶提供信號完整性、電源完整性、電磁兼容方面的技術支持。在加入ANSYS之前，曾在Cadence-Sigrity公司以技術支持工程師的身份負責北方區客戶的信號完整性、電源完整性的技術支持。
報名方式
掃描上方二維碼
或點擊報名：http://event.31huiyi.com/1825965654/index?c=jishulink
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