3D IC
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
3D IC的視頻教程
Ansys RedHawk-SC-Electrothermal 2021 R1新功能介紹
近年來AI/HPC等芯片設計的蓬勃發展，伴隨這些設計除了最先進工藝技術的應用，2.5D/3D IC設計也逐漸成為主流。但采用最先進工藝及設計技術的芯片，往往伴隨著諸多挑戰，其中散熱成為該類型芯片設計亟需考慮的問題。使用Ansys RedHawk-SC-Electrothermal，設計者可以輕松應對3D IC的熱及熱應力分析。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半導體系列軟件更新發布會，也將介紹業界標準電源噪聲簽核平臺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行經驗分享和探討。
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3D IC的實例教程
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 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 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 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 <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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應對廣泛物理尺度范圍的挑戰，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算（HPC）和數據中心解決方案。這些工具能夠在處理不同物理尺度問題時無縫銜接，同時保持準確性和計算效率。
三大核心挑戰：
信號完整性（SI） ：2.5D/3D封裝下，高密度互連帶來信號串擾、傳輸延遲
電源完整性（PI） ：芯片堆疊導致電源噪聲激增，影響系統穩定性
熱管理：高功耗芯片需要精密散熱設計，熱-電-磁-結構多重耦合
NO.1 征服先進封裝信號與電源挑戰——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 — 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擾、電源噪聲和熱電耦合等嚴峻挑戰。Ansys AEDT 持續創新，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。
3D-IC技術：芯片集成的新范式
在消費電子、通信、計算和汽車等眾多領域，對更高性能、更低功耗設備的需求持續攀升。為了應對這一趨勢，集成電路（IC）設計正從傳統的二維平面向三維立體架構演進——3D-IC技術應運而生，成為行業關注的焦點。
什么是3D-IC技術？
3D-IC是一類多芯片集成電路封裝技術的總稱。
一期一會 | 什么是電源完整性？3個月前
正因如此，工程師需要一套強大的工具來計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。
在芯片層面，工程師將Ansys Redhawk-SC Electrothermal?軟件作為2.5D和3D-IC系統的簽核解決方案。Redhawk-SC Electrothermal軟件與Icepak軟件相結合，可實現系統感知芯片設計。
工程師需要管理的另一個熱源，是電子應用中電磁產生的熱量。大功率天線等高頻應用中，會因電磁波傳播的介質損耗而產生熱量。
01/簡介
3D NAND、3D IC等立體集成電路的高密度堆疊需求，推動光刻圖形向三維立體化深度演進，傳統二維模型已難以適配厚掩模深度衍射及偏振態三維演化的復雜物理過程。
專注于數字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-系統聯合仿真解決方案領域擁有豐富經驗。
鄒黎 | Ansys 主任應用工程師
2020年加入Ansys，負責Ansys半導體業務部RedHawk-SC/Pathfinder-SC/RedHawk-SC-ET產品的售前/售后技術支持以及項目仿真的咨詢工作。
一期一會 | 什么是多物理場？8個月前
多物理場的未來
一些產品發展趨勢推動了對多物理場建模更廣泛應用的需求，包括芯片和3D集成電路（3D-IC）中的可持續性和更高的功率密度要求。隨著企業不斷創新，努力提高功率和減少浪費，多物理場分析將為其提供全面了解設計中物理現象之間相互作用所需的整體洞察能力。
歡迎聯系我們，以進一步了解Ansys軟件如何幫助企業利用仿真的預測功能來突破設計極限。
專注于數字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-系統聯合仿真解決方案領域擁有豐富經驗。
鄒黎 | Ansys 主任應用工程師
2020年加入Ansys，負責Ansys半導體業務部RedHawk-SC/Pathfinder-SC/RedHawk-SC-ET產品的售前/售后技術支持以及項目仿真的咨詢工作。
