先進封裝及系統應用的電子設計自動化（EDA）技術展望.pdf

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1、第二屆中國互連技術與產業大會先進封裝及系統應用EDA技術展望寧波德圖科技有限公司蒲菠 博士 創始合伙人|技術副總經理2022.12 無錫先進封裝技術的背景和趨勢第一章Contents電子設計自動化（EDA）的發展和現狀先進封裝時代下的EDA挑戰和創新目錄第二章第三章先進封裝技術的背景和趨勢 2022年邁入3納米量產時代，距離1納米的極限一步之遙，后摩爾時代如何走？半導體制程挑戰：即將面臨摩爾定律極限數據來源：IMECWe are here now!高速互連挑戰：信號速率即將跨過200Gbps 超高速信號傳輸對于芯片、封裝和單板工程設計和仿真都是巨大的挑戰數據來源：Cisco系統功耗挑戰：功耗效

2、率由更復雜的集成來提高數據傳輸距離增加，損耗增加提高電源效率更高更復雜的系統集成 系統設計通過縮短傳輸距離來追求更低的功耗數據來源：Cisco先進封裝挑戰：傳統2維到2.5維/3維復雜集成數據來源：Samsung 異構集成，芯粒（Chiplet）等新架構層出不窮，超越摩爾定律產業界先進封裝技術的演進數據來源：SamsungPoP,PiP 技術時代2.5D/3D嶄露頭角2.5D/3D全面興起先進封裝市場份額預測如何解決先進封裝的設計難點?仿真的重要性凸顯：先進封裝的設計周期和制造難度，導致驗證成本。電子設計自動化（EDA）：在設計前期（Early Design Stage）提供分析和優化方案。E

3、DA的發展和現狀EDA在產業鏈的位置 各類技術服務：電路分析、布圖分析、IP授權等 軟件工具：EDA等 設備：光刻機、涂膠顯影機、CVD、PVD、測試機、探針臺、劃刻機等 材料：硅片、光刻膠、掩膜板、拋光材料、特種電子氣體、化學試劑等 設計：包括規格定制、電路布局與環繞等 生產：利用一系列標準加工工藝將版圖結構轉移到晶圓上，形成立體化電路 封裝：后端工藝，對IC進行封裝保護，形成芯片產品 測試：貫穿IC制造全流程，主要包括設計驗證等 工業產品：機器人、工控設備、汽車電子、生物醫療、航空航天等 消費電子產品：可穿戴設備、無人機、人工智能、智能家居、電源等 計算機相關產品：CPU、GPU存儲、顯示

4、、網絡設備等 通信周邊產品：衛星、基站、手機、線纜等中游設計制造下游應用上游技術支撐EDA位于產業鏈頂端，附加價值極高。行業高壁壘體現在對復合背景的頂尖人才的需求以及和Fabless、晶圓廠等產業鏈環節的協同。先發優勢明顯EDA軟件的主要功能2015-2019年間全球EDA市場規模穩健增長EDA市場份額圖功能驗證邏輯綜合布局布線寄生參數提取時序和信號完整性sign off電源完整性sign off封裝級參數提取和仿真電路板級參數提取和仿真系統級仿真分析功能實現性能提升EDA的現狀后摩爾時代對EDA行業的挑戰和機遇國內外3D、2.5D的顛覆性封裝技術瓶頸進一步暴露了高頻高速的問題，加大了確認芯片

5、可靠性的難度。后端EDA軟件如及時雨。3D封裝是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內于垂直方向疊放兩個以上芯片的封裝技術。3D封裝可采用凸塊或硅通孔技術。2.5D封裝是在基板和芯片之間放一個硅中間層，這個中間層通過TSV連接上下部分。5G和6G頻率的拓寬暴露了集成電路兼容性的新問題。急需利用后端EDA軟件的支持，對現有測量方法進行實質性擴展、重新設計目前，IC 級 EMC 的典型頻率高達 6 GHz。但是，由于毫米波 5G 工作在 27GHz，而 6G 工作在 100200 GHz。新制程、三代半導體、和硅基芯片中使用的金屬層、絕緣層新材料都會影響系統的整體性能，而制程與材料的革新帶

6、來的新型物理問題需要新型的EDA模型與工具解決。新材料、制程降低，芯片迭代，封裝方式的改變，速率的提升，給電磁發射、電磁敏感度、信號完整性和電源完整性帶來挑戰。主要體現在信號線路、電源線路的錯綜復雜帶來的干擾與供電問題。業界十分希望能有一款相關的仿真工具指導這塊的布局布線。先進封裝時代下EDA的挑戰和創新先進封裝的EDA挑戰3多物理：芯片堆疊下電、磁、熱、力等多物理因素相互耦合1大規模：2.5D/3D封裝的高密度集成復雜度導致未知量的極大增漲4成熟度與專業性：適用于多種仿真應用與復雜結構的魯棒性、用戶設置的易操作性2多尺度：芯片金屬層、硅通孔（TSV）、RDL、IC封裝等的巨大尺度差異EDA架

7、構的創新主要針對2.5D/3D先進封裝和三維結構器件如散熱片，電纜連接器、磁性元器件等；優勢1：可以支持真三維結構的編輯；優勢2：三維視圖可視化強；不足：渲染和讀取效率相對較低基于MCAD的3維流程主要針對傳統芯片、封裝、電路板等版圖層級結構；優勢1：數據讀取速度快；優勢2：圖形渲染速度塊；優勢3：編輯操作簡單；不足：缺乏對真三維結構的支持；基于ECAD的2.5維流程 2.5D ECAD和3D MCAD優勢互補融合 以2.5D ECAD為主，結合3D MCAD處理芯片-封裝-電路板系統級的智能化仿真設計。2.5D ECAD3D MCAD圖示PCB和PKG導入：基于德圖科技EDAEDA應用場景的

8、創新 融合多個算法引擎用于無縫交互與協同分析熱仿真 溫度影響材料特性；熱學帶來應力膨脹；力學/流體仿真 熱應力改變材料參數；位移改變網格；流體形態（風冷/液冷）改變溫度；磁場仿真 磁性元器件受電場和溫度影響；形變造成磁性元件破損；電場仿真 電場改變焦耳熱；電場耦合磁場；結構示意：（2D）（3D）電熱力多物理仿真結果：（電學結果：Current Density）（熱學結果：Temperature）（力學結果：Displacement_X 方向）多物理仿真示例多物理仿真：基于德圖科技SonicMP 多物理EDA軟件EDA算法的創新先進封裝互連與高速設計的其它特點 高速度、高頻率、寬帶寬 有源器件、

9、無源器件、封裝、信號線、過孔、PDN、接插件等混雜 電路特性、時域信號仿真常用的S參數級聯法，缺乏物理結構與系統性能的聯系；需要頻域到時域轉換，誤差因素多；忽略不同模塊之間的相互影響，可影響結果精度EDA算法的創新 等效電路提取法是解決S參數級聯法諸多缺陷的一種非常有潛力的方案 等效電路提取法通過對結構進行全波仿真，來提取集總參數，得到結構集總參數電路模型 提取的等效電路可以與有源器件連接，從而對整個系統進行電路仿真 等效電路是聯系電磁場仿真與電路特性的有效橋梁 PEEC是積分方程矩量法基礎上發展出來的一種等效電路提取法仿真與測試結合的重要性仿真結果通常需要測試來驗證：仿真結果正確與否往往受到

10、很多因素的影響，包括導入、幾何近似、材料選取、端口和邊界設置、算法精度等等，沒有一定驗證的仿真模型通常不可信。測試是驗證的一種重要方法。仿真中材料參數的設置通常需要測試來提取 多物理仿真對材料參數的需求大大提高 材料提取的精準度直接影響仿真的精準度系統工程中的仿真架構 仿什么：如何建立模型，哪些結構與材料需要包括在模型中，更重要的是要獲取哪些結果來做分析？怎么仿：該使用什么算法，怎么設置端口、激勵和邊界，怎么設置網格剖分和求解參數？怎么驗證？如何用：怎么分析結果，如果對設計進行整改與優化？EDA不僅僅是算法和仿真平臺，更重要的是要幫助工程師解決在系統工程設計中仿什么、怎么仿、如何用等問題。仿真

11、架構?仿真架構與應用息息相關，需要對系統工程中問題的物理本質有清晰的認識寧波德圖科技簡介寧波德圖科技有限公司成立于2021年3月，公司專注于后端國產EDA/CAE軟件的開發，致力于解決高頻高速電路系統工作頻率上升、密度提高和功耗增加帶來的電磁兼容性、信號完整性（SI）、功率完整性（PI）、熱穩定性和機械可靠性等問題。德圖科技擁有一支全面、強大且經驗豐富的核心團隊，成員包括IEEE Fellow、海內外著名大學前終身教授、世界半導體和系統公司前技術領頭人，以及具有多年從業經驗的世界著名EDA/CAE公司前產品開發負責人和國際頂級EDA/CAE專家，具備EDA/CAE領域行業領先的技術開發經驗。在未來三年，德圖科技計劃分階段推出三維電磁場仿真工具、系統級封裝（SiP）多物理仿真平臺、先進封裝系統提取工具和全鏈路SI/PI設計平臺等產品。目前公司已完成電磁仿真軟件建設規劃，核心技術已覆蓋SiP多物理仿真平臺與全鏈路信號/功率設計平臺，可以有效幫助客戶縮短產品研發周期，提升產品的穩定性和可靠性，致力于實現國產EDA/CAE工具的崛起和突破。2021年，德圖科技參加了第十屆中國創新創業大賽，獲得寧波賽區總決賽一等獎的好成績。在12月的全國總決賽上，德圖科技代表寧波賽區成功斬獲初創組新一代信息技術行業全國第一名，全行業第二名的佳績，榮獲全國二等獎。謝謝聆聽蒲菠寧波德圖科技有限公司