2.5D/3D芯片
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-25
2.5D/3D芯片的實例教程
并且2.5D/3D芯片目前的主要應(yīng)用場景包括人工智能/網(wǎng)絡(luò)通信等，其典型功耗可能高達300W，所以在實際工作過程中，功耗及散熱問題，以及熱應(yīng)力形變等問題非常突出，設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)包括，如何有效的優(yōu)化芯片功耗，保證信號通道的傳輸速率，保證系統(tǒng)散熱能力，確保熱/結(jié)構(gòu)可靠性能力，如何通過仿真手段在初期對設(shè)計方案進行篩選和優(yōu)化，尤其是針對2.5D/3D芯片封裝的仿真方法和流程，也是目前業(yè)界的研究熱點，內(nèi)容包括Interposer/TSV等結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化，芯片與封裝的聯(lián)合仿真，電熱耦合仿真等。本文主要介紹了 2.5D/3D芯片封裝的發(fā)展趨勢及其對傳統(tǒng)仿真方法流程的挑戰(zhàn)，并通過經(jīng)驗總結(jié)討論了針對的2.5D/3D芯片的芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同多物理場仿真方法。
2
2.5D/3D芯片仿真設(shè)計挑戰(zhàn)
2.1
2.5D/3D芯片先進封裝發(fā)展趨勢
半導(dǎo)體行業(yè)最著名的一條經(jīng)驗當(dāng)屬摩爾定律了，即集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便增加一倍。摩爾定律在過去的50年成為半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循的準(zhǔn)則，準(zhǔn)確預(yù)言了整個行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。
展開 Ansys 行業(yè)應(yīng)用方案連載（5） | 2.5D/3D 芯片封裝
隨著半導(dǎo)體工藝的不斷縮小，物理極限制約著工藝的進一步發(fā)展。2.5D/3D IC先進封裝技術(shù)通過堆疊2D芯片，并在3D方向進行連接，有望進一步提升芯片集成密度，并且顯著減小互聯(lián)延時和互聯(lián)密度，挖掘系統(tǒng)的性能潛力，系統(tǒng)的功耗也得以降低。2.5D/3D IC封裝提供了比以往都要靈活的方法，把不同技術(shù)的集成電路進一步集成，如存儲器和邏輯電路、射頻（RF）和混合信號組件、光電子器件等，為實現(xiàn)小而強大的系統(tǒng)提供了新方向。
2.5D/3D IC封裝提供更高集成度的同時，也引入了非常多的挑戰(zhàn)。布線尺寸的減小增加了互連線之間的干擾，芯片間距的縮小增加了相互干擾，發(fā)熱將會成為約束系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，必須對熱進行合理的規(guī)劃和管理，多芯片的堆疊也增加了應(yīng)力開裂的風(fēng)險。Ansys CPS Platform提供了從芯片，封裝，PCB，系統(tǒng)級的多物理層耦合的仿真平臺，覆蓋電磁，電熱，應(yīng)力多個學(xué)科。Ansys成熟的解決方案，成熟的工具配套，廣泛的用戶群體，為2.5D/3D IC的產(chǎn)品設(shè)計提供了強有力的支撐。
展開 2.5D/3D IC先進封裝技術(shù)通過堆疊2D芯片，并在3D方向進行連接，有望進一步提升芯片集成密度，并且顯著減小互聯(lián)延時和互聯(lián)密度，挖掘系統(tǒng)的性能潛力，系統(tǒng)的功耗也得以降低。2.5D/3D IC封裝提供了比以往都要靈活的方法，把不同技術(shù)的集成電路進一步集成，如存儲器和邏輯電路、射頻（RF）和混合信號組件、光電子器件等，為實現(xiàn)小而強大的系統(tǒng)提供了新方向。
2.5D/3D IC封裝提供更高集成度的同時，也引入了非常多的挑戰(zhàn)。布線尺寸的減小增加了互連線之間的干擾，芯片間距的縮小增加了相互干擾，發(fā)熱將會成為約束系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，必須對熱進行合理的規(guī)劃和管理，多芯片的堆疊也增加了應(yīng)力開裂的風(fēng)險。Ansys CPS Platform提供了從芯片，封裝，PCB，系統(tǒng)級的多物理層耦合的仿真平臺，覆蓋電磁，電熱，應(yīng)力多個學(xué)科。Ansys成熟的解決方案，成熟的工具配套，廣泛的用戶群體，為2.5D/3D IC的產(chǎn)品設(shè)計提供了強有力的支撐。
Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS) 工藝（圖片來源：wikichip）
Ansys解決方案
一、Interposer參數(shù)提取和設(shè)計優(yōu)化
Interposer作為2.5D/3D IC互聯(lián)的載體，精確的互聯(lián)參數(shù)提取是非常重要的一個環(huán)節(jié)，HFSS/SIwave可以提供多種求解器。
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</figure><p class="ql-align-center"><strong>作品名稱：2.5D/3D設(shè)計中的芯片電源網(wǎng)絡(luò)分析方案</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>作者： 丁萍 | 深圳市中興微電子技術(shù)有限公司 工程師</strong></p><p class="ql-align-center"><strong><em>關(guān)鍵詞：</em></strong><em>2.5DIC, silicon bridge, power integrity</em></p><p><strong>作者說</strong></p><p>RedHawk-SC 和 RedHawk-SC Electrothermal 的聯(lián)合使用，具備在項目早期快速迭代的功能，提高迭代效率。早期采用RedHawk-SC進行基于die 的floorplan電源規(guī)劃 + 封裝互聯(lián)的分析，可以看到早期的電源策略問題，提前發(fā)現(xiàn)供電問題，從而實現(xiàn)修復(fù)/更改，從而以最少的設(shè)計努力減少供電風(fēng)險。
展開 Ansys與三星的深入合作將加速AI、高性能計算和5G半導(dǎo)體設(shè)計的2.5D/3D IC驗證
Ansys? RaptorH?電磁（EM）仿真解決方案已通過三星Foundry的認(rèn)證，該解決方案用于研發(fā)高級片上系統(tǒng)（SoC）和2.5維/三維集成電路（2.5D/3D-IC）。此次認(rèn)證使得Ansys能夠幫助三星設(shè)計人員及三星Foundry客戶在采用三星新的簽核流程時更準(zhǔn)確地分析并降低電磁效應(yīng)帶來的風(fēng)險，從而大幅加速先進人工智能（AI）、高性能計算（HPC）以及5G半導(dǎo)體設(shè)計的發(fā)展。
三星的一系列高級納米硅和2.5D/3D-IC技術(shù)需要一種驗證電磁干擾的簽核方法，避免其影響到復(fù)雜的多芯片裝配體，而傳統(tǒng)工具在設(shè)計上難以滿足這一要求。工程師需要高容量電磁分析工具來準(zhǔn)確建模超大型SoC和2.5D/3D裝配體的信號完整性，這些裝配體能以極高的數(shù)據(jù)速率處理信號。2.5D/3D-IC中信號之間難以量化的相互作用是關(guān)鍵故障點，限制了新技術(shù)的推廣。
將Ansys? HFSS?的高保真度高頻電磁求解器與Ansys? RaptorX?的高速魯棒性架構(gòu)結(jié)合之后，RaptorH高度集成的分析解決方案有助于三星設(shè)計師對電磁現(xiàn)象建模，提高其2.5D/3D芯片裝配體中的頻率，同時確保寄生效應(yīng)不會影響系統(tǒng)。這將推動這些新型封裝技術(shù)更快地進入主流生產(chǎn)，并大幅降低風(fēng)險。
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2.5D/3D芯片的最新內(nèi)容
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，熱-電-磁-結(jié)構(gòu)多重耦合
NO.1 征服先進封裝信號與電源挑戰(zhàn)——Ansys SIPI一站式解決方案
核心價值：在先進封裝（如2.5D/3D-IC
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3/25 | 征服先進封裝信號與電源挑戰(zhàn) — Ansys SIPI 一站式解決方案
時間：10:30-11:30
主題簡介：在先進封裝（如2.5D/3D-IC、芯片堆疊）時代，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，最新版本推出多項強大功能，顯著提升 SI/PI 分析效率與精度。
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</figure><p class="ql-align-center"><strong>作品名稱：2.5D/3D設(shè)計中的芯片電源網(wǎng)絡(luò)分析方案
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丁萍 | 深圳市中興微電子技術(shù)有限公司 工程師
作品名稱：2.5D/3D設(shè)計中的芯片電源網(wǎng)絡(luò)分析方案/Comprehensive Power Integrity Analysis of 2.5DIC Design
作品簡介：帶有多晶硅橋梁的2.5DIC設(shè)計，在AI、圖形處理等各個領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，但其開發(fā)和應(yīng)用也面臨一系列挑戰(zhàn)
例如 2.5D/3D 多芯片系統(tǒng)里，ROM 技術(shù)可以將大規(guī)模的芯片和封裝系統(tǒng)進行簡化，用較少的計算資源就能實現(xiàn)對電源完整性、熱完整性、信號完整性等多物理場特性的分析，大大提高了仿真效率，同時又能保證一定的精度，使得在處理十億級實例的大規(guī)模分析時也能在較短時間內(nèi)完成。
<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</strong></p><ul><li>管理熱機械應(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)計中的機械應(yīng)力提供快速
Ansys多物理場平臺提供經(jīng)過驗證的解決方案，可應(yīng)對仿真和管理異構(gòu)2.5D/3D-IC多芯片系統(tǒng)的電源和熱效應(yīng)方面的挑戰(zhàn)
主要亮點
Ansys? Redhawk-SC?和Ansys?
公司將進一步推進高密度集成SiP集成技術(shù)、2.5D/3D晶圓級小芯片集成技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用和客戶產(chǎn)品導(dǎo)入。
No.4：力成科技(Powertech)營業(yè)收入同比增長約8.9%，位居第四。力成科技上半年營收創(chuàng)歷史同期最高。在數(shù)據(jù)中心、車用電子、高階運算的需求下，DRAM產(chǎn)能需求持穩(wěn)。由于消費電子市場銷量的下降和庫存調(diào)整，NAND&SSD方面也將受影響，但數(shù)據(jù)中心的需求將維持。
通常，TCB 用于 2.5D/3D 封裝的芯片堆疊和鍵合。
圖 4：2.5D/3D 系統(tǒng)架構(gòu)。銅微凸塊連接中介層和基礎(chǔ)管芯。資料來源：拉姆布斯
在 TCB 工藝中，使用傳統(tǒng)的凸塊工藝在die上形成微小的銅凸塊。但是，在這種情況下，凸點更小，間距更小。然后，封裝公司不再使用傳統(tǒng)的倒裝芯片鍵合機，而是使用 TCB 工具。
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