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कई अनुप्रयोगों के लिए, अगली पीढ़ी के आईसी पैकेजिंग समग्र पैकेज के आकार को कम करते हुए सिलिकॉन स्केलिंग, कार्यात्मक घनत्व और विषम एकीकरण को प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका है।विषम और सजातीय एकीकरण बढ़ाया डिवाइस की कार्यक्षमता, तेजी से समय के बाजार और सिलिकॉन उपज लचीलापन के लिए एक मार्ग प्रदान करते हैं।

एकाधिक एकीकरण प्रौद्योगिकी प्लेटफ़ॉर्म उभरे हैं, जो लागत, आकार, प्रदर्शन और बिजली अनुकूलन के लिए अनुमति देते हैं, जो कई बाजारों की आवश्यकता को पूरा करते हैं, जैसे कि मोबाइल कंप्यूटिंग, ऑटोमोटिव, 5 जी, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई), संवर्धित वास्तविकता (एआर) और आभासी वास्तविकता ( वीआर), उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी), आईओटी, मेडिकल और एयरोस्पेस।

हालांकि, ये पैकेज पारंपरिक पैकेज डिजाइन टूल और कार्यप्रणाली के लिए अद्वितीय चुनौतियां पेश करते हैं।डिज़ाइन टीमों को पूरे सिस्टम को सत्यापित करने और अनुकूलित करने के लिए एक साथ काम करना होगा, न कि केवल व्यक्तिगत तत्वों को।पारंपरिक आईसी पैकेजिंग सब्सट्रेट डिजाइन आमतौर पर एक छोटे पैमाने के टुकड़े टुकड़े और / या बिल्ड-अप आधारित पीसीबी के समान है।यह अक्सर पारंपरिक पीसीबी फैब्रिकेटर द्वारा निर्मित होता है और आमतौर पर संशोधित पीसीबी टूल्स के साथ बनाया जाता है।

इसके विपरीत, आज के उन्नत पैकेज विनिर्माण तकनीकों, सामग्रियों और प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं जो सिलिकॉन फाउंड्री प्रक्रियाओं के साथ आम में अधिक बढ़ गए हैं और सभी स्तरों पर डिजाइन और सत्यापन के लिए एक नए दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है।

पहली चुनौतियों में से एक जिसे डिजाइन टीम को दूर करना चाहिए, वह है सबस्ट्रेट्स का सटीक एकत्रीकरण- जो सक्रिय और निष्क्रिय दोनों हो सकता है और असतत डिवाइस हो सकता है।ये सबस्ट्रेट्स और डिवाइस कई स्रोतों और आपूर्तिकर्ताओं से आते हैं और, सबसे अधिक संभावना है, कई और अक्सर विभिन्न स्वरूपों में उपलब्ध हैं।

कई डेटा स्रोतों और प्रारूपों को देखते हुए, यह स्पष्ट है कि एक व्यापक सत्यापन प्रवाह की आवश्यकता है - एक जो विधानसभा स्तर के भौतिक सत्यापन, साथ ही साथ अधिक गहराई, सिस्टम-स्तरीय विद्युत, तनाव और परीक्षण क्षमता सत्यापन के लिए है।यह भी आवश्यक है कि ऐसे डिज़ाइन उपकरण हों जो बाज़ार के कार्यक्रम और प्रदर्शन की उम्मीदों को पूरा करने के लिए तेज़, सटीक और स्वचालित प्रवाह प्रदान कर सकें।आदर्श रूप से, ये प्रवाह संपूर्ण विषम पैकेज असेंबली के एक 3D डिजिटल मॉडल, या डिजिटल ट्विन के आसपास निर्मित एक एकल एकीकृत प्रक्रिया प्रदान करते हैं।

इन अगली पीढ़ी के आईसी पैकेजों को अगली पीढ़ी के डिजाइन और सत्यापन समाधान की आवश्यकता होती है, जिसमें शामिल और समर्थन होता है:

डिजिटल प्रोटोटाइप
बहु-डोमेन एकीकरण
स्केलेबिलिटी और रेंज
सटीक विनिर्माण handoff
गोल्डन साइनऑफ

वर्चुअल प्रोटोटाइप के लिए डिजिटल ट्विन

एक डिजिटल ट्विन, 2.5 डी / 3 डी विषम विधानसभा के वर्चुअल मॉडल का निर्माण कई उपकरणों और सबस्ट्रेट्स से युक्त पूर्ण प्रणाली का व्यापक प्रतिनिधित्व प्रदान करता है।डिजिटल ट्विन सब्सट्रेट-लेवल डिज़ाइन रूल चेकिंग (DRC) और विषम बनाम योजनाबद्ध (LVS), लेआउट बनाम लेआउट (LVL), परजीवी निष्कर्षण, तनाव और थर्मल विश्लेषण, और अंत में परीक्षण में विस्तार के साथ विषम विधानसभाओं के स्वचालित सत्यापन को सक्षम बनाता है। ।

चित्र 1 एक सच्चा 3D डिजिटल ट्विन वर्चुअल प्रोटोटाइप पूरे उपकरण का ब्लूप्रिंट है।स्रोत: मेंटर ग्राफिक्स

मॉडल निर्माण के लिए अलग-अलग स्रोतों से और अलग-अलग स्वरूपों में डेटा सत्यापन और विश्लेषण के लिए उपयुक्त एक सुसंगत प्रणाली प्रतिनिधित्व में समुच्चय करने की क्षमता की आवश्यकता होती है।आदर्श रूप से, यह LEF / DEF, AIF, GDS, या CSV / TXT फ़ाइलों जैसे उद्योग मानक प्रारूपों का उपयोग करके किया जाता है।कार्यक्षमता को इस तरह से भी मौजूद होना चाहिए कि स्वचालित रूप से छद्म घटकों के बिना डिवाइस और सब्सट्रेट इंटरफेस को पहचानता है।यह मल्टी-डिज़ाइनर अतुल्यकालिक डिजाइन और सत्यापन के लिए अनुमति देता है।बदले में, सभी घटकों के पूरा होने और एकीकृत होने पर, समग्र सिस्टम सफलता सुनिश्चित करता है।

डिजिटल ट्विन एप्रोच के प्राथमिक लाभों में से एक यह है कि यह डिजाइन पदानुक्रम के हर स्तर पर पूर्ण भौतिक और विद्युत सत्यापन चलाने के लिए सुनहरे संदर्भ के रूप में कार्य करता है।यह वेरिलॉग प्रारूप में एक पूर्ण, सिस्टम-स्तरीय नेटलिस्ट के साथ प्रतिस्थापित करते हुए, पिन और कनेक्टिविटी जानकारी का प्रतिनिधित्व करने के लिए कई, स्थिर स्प्रेडशीट का उपयोग करके समाप्त करता है।

मूल डेटा का संरक्षण और पुन: उपयोग, जैसे कि डिवाइस का वेरिलॉग विवरण, कुंजी है।सबसे बड़ा जोखिम तब होता है जब अनुवाद या रूपांतरण होता है, जैसे कि एक योजनाबद्ध या स्प्रेडशीट के साथ।यदि ऐसा किया जाता है, तो "डिजिटल थ्रेड" तुरंत टूट जाता है, और कनेक्टिविटी त्रुटियों के लिए जोखिम आसमान छूता है।

बहु-डोमेन एकीकरण

एक डिजिटल ट्विन कार्यप्रणाली मल्टी-डोमेन और क्रॉस-डोमेन एकीकरण को भी सक्षम बनाती है।अधिक जटिल उन्नत आईसी पैकेजों को तेजी से बाजार में लाने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक सब्सट्रेट डिजाइन से लेकर यांत्रिक पैकेज हीट स्प्रेडर और पीसीबी माउंटिंग हार्डवेयर तक उच्च-एकीकृत डिजाइन और सत्यापन की आवश्यकता होती है, जिसमें विद्युत, थर्मल, परीक्षण, विश्वसनीयता और निश्चित रूप से अंतर-संबंधित पहलू शामिल हैं। ;डिजाइन और सत्यापन के लिए एक सिस्टम-स्तरीय दृष्टिकोण के बिना, इंजीनियरों को महंगा रिस्पॉन्स या इससे भी बदतर अनुभव होता है।

इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल जानकारी का सिंक्रनाइज़ेशन यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि कोई भी भौतिक उल्लंघन तब न हो जब एक पैकेज को एक बाड़े या पूरे सिस्टम के भीतर रखा गया हो।डिजाइन के दौरान डेटा का वृद्धिशील आदान-प्रदान ईसीएडी-एमसीएडी संगतता सुनिश्चित करने के लिए मौलिक है और पहली पास सफलता में वृद्धि हुई है।यह उत्पादकता बढ़ाने और बाजार में तेजी से समय प्राप्त करने के दौरान अधिक मजबूत डिजाइनों के निर्माण में सहायता करता है।

यह अत्यंत महत्वपूर्ण है कि आईसी पैकेज डिजाइनर और कस्टम हीट स्प्रेडर डिजाइनर दोनों क्रॉस-डोमेन रुकावटों को कम करने वाली एक अतुल्यकालिक प्रक्रिया के रूप में आदर्श रूप से एकीकरण का अनुमान, पता लगा सकते हैं और अनुकूलन कर सकते हैं।

चित्र 2 डिजिटल ट्विन कार्यप्रणाली बहु-डोमेन और क्रॉस-डोमेन एकीकरण को सक्षम करती है।स्रोत: मेंटर ग्राफिक्स

पैकेज-डिज़ाइन और मैकेनिकल / थर्मल डिज़ाइन के बीच सिंक्रनाइज़ेशन भी पहली बार-सही सफलता के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है।विषम बहु-सब्सट्रेट पैकेज कई चिप-पैकेज-इंटरैक्शन का प्रदर्शन करते हैं, जिनमें से एक गर्मी का थर्मल अपव्यय होता है, विशेष रूप से ऐसे पैकेजों में गैर-रैखिक रूप से उत्पन्न गर्मी ठेठ।

थर्मल प्रबंधन के लिए एक विशिष्ट दृष्टिकोण गर्मी हस्तांतरण और अपव्यय के लिए हीट स्प्रेडर का उपयोग करता है।लेकिन एक हीट स्प्रेडर केवल उतना ही अच्छा है जितना कि इसका डिज़ाइन।गर्मी फैलाने वाले के लिए कुशल और प्रभावी होने के लिए, इसे पैकेज के साथ संयोजन के रूप में डिजाइन और अनुकरण किया जाना चाहिए, न कि बाद में।3 डी में पूरे पैकेज को डिजाइन करना महत्वपूर्ण डिजाइन समझौता किए बिना प्रभावोत्पादक गर्मी हस्तांतरण अहसास सुनिश्चित करता है।

चित्र 3 यह एक डिजिटल-ट्विन-चालित एकीकृत हीट स्प्रेडर डिज़ाइन है।स्रोत: मेंटर ग्राफिक्स

2.5D और 3D स्टैकिंग दोनों विभिन्न प्रकार के अनजाने शारीरिक तनाव पैदा कर सकते हैं, जैसे बढ़ते और बम्प-प्रेरित तनाव के दौरान सब्सट्रेट वारपेज।डिजाइनरों को इस तरह के चिप-पैकेज इंटरैक्शन और डिवाइस के प्रदर्शन पर उनके प्रभाव के कारण तनाव के लिए एक लेआउट का विश्लेषण करने में सक्षम होना चाहिए।एक बार पैकेज कार्यान्वयन पूर्ण होने के करीब है, सटीक 3 डी पैकेजिंग थर्मल मॉडल को विस्तृत पीसीबी और पूर्ण-प्रणाली थर्मल विश्लेषण में शामिल करने के लिए निर्यात किया जा सकता है।यह सिस्टम एनक्लोजर के अंतिम ट्यूनिंग को सक्षम करता है और प्राकृतिक और / या मजबूर कूलिंग को अनुकूलित करने की अनुमति देता है।

उन्नत आईसी पैकेज सिग्नल अखंडता इंजीनियरों और उनके डिजाइन टूल के लिए कई नई चुनौतियां लाते हैं।डाइज़ सीधे सब्सट्रेट पर चढ़े जाते हैं, इसलिए सब्सट्रेट रूटिंग ऑन-डाई रेडिस्टीवेशन लेयर राउटिंग कपलिंग के लिए संभावित संभव है।धातु परतों के बीच आसानी से तैयार किए गए सरल vias के साथ पैकेज अब सरल प्लेनर परत संरचनाएं नहीं हैं।इसके बजाय, बहुत भिन्न सामग्रियों और गुणों के कई सब्सट्रेट हो सकते हैं।विश्लेषण का उपयोग कई सिग्नल के लिए सफलतापूर्वक किया जा सकता है- और पावर अखंडता-संबंधित आइटम।

इसके अलावा, कई आइटम हैं जो अनुकरण करने के लिए चुनौतीपूर्ण हैं।ये आम तौर पर विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) की श्रेणी में आते हैं।हालांकि इन रिटर्न-पाथ-ईएमआई मुद्दों का विश्लेषण और अनुकरण किया जा सकता है, लेकिन ऐसा करने के लिए सामान्य रूप से उत्पादक नहीं है।उदाहरण के लिए, एक विमान में एक विभाजन को पार करने वाले ट्रेस के मामले में, सिमुलेशन सेटअप और रन टाइम काफी होगा, और सभी इंजीनियर सीखेंगे कि ऐसी स्थितियां खराब हैं और इससे बचा जाना चाहिए।

इन मुद्दों को सॉफ्टवेयर-स्वचालित, ज्यामिति-आधारित निरीक्षण और डिजाइन के दौरान जाँच के माध्यम से पहचाना जाता है।इन्हें आम तौर पर मिनटों में सेट और निष्पादित किया जा सकता है, समस्या वाले क्षेत्रों में उपचारात्मक डिज़ाइन कार्रवाई के लिए स्पष्ट रूप से हाइलाइट किया गया है।इस तरह के "शिफ्ट लेफ्ट" दृष्टिकोण समस्याओं को पहली जगह में बनाए जाने से रोकता है, जिससे ईएमआई विश्लेषण एक सत्यापन साइन-ऑफ चरण से अधिक हो जाता है।

2.5 डी और 3 डी विषम डिजाइन आमतौर पर सिलिकॉन वीआईएस (टीएसवी) के माध्यम से उपयोग करते हैं, जो सामने या पीछे की तरफ से जुड़ने के लिए मरने या सब्सट्रेट के माध्यम से लंबे समय तक विअस होते हैं।ये टीएसवी मर जाते हैं और सबस्ट्रेट्स को ढेर कर देते हैं और सीधे परस्पर जुड़ जाते हैं।हालांकि, अपने स्वयं के महत्वपूर्ण विद्युत विशेषताओं के अलावा, TSV का भी उनके आसपास के क्षेत्र में उपकरणों और परस्पर संबंधों के विद्युत व्यवहार पर अप्रत्यक्ष प्रभाव पड़ता है।

2.5D / 3D विषम प्रणाली को सटीक रूप से मॉडल करने के लिए, एक डिजाइनर को ऐसे टूल की आवश्यकता होती है, जो इन 2.5D / 3D तत्वों की भौतिक संरचना से सटीक विद्युत मापदंडों को निकालते हैं, जिसे बाद में व्यवहार सिमुलेटर में खिलाया जा सकता है।पूर्ण पैकेज असेंबली के 3 डी डिजिटल ट्विन मॉडल का उपयोग करते हुए, डिजाइनर इन 2.5 डी और 3 डी मॉडल के परजीवी को सही ढंग से निकाल सकते हैं।एक बार तत्वों को सही तरीके से निकाले जाने के बाद, उपयुक्त कार्यप्रणाली और प्रक्रिया का उपयोग करके, उन्हें एक सिस्टम-लेवल इंटरकनेक्ट मॉडल में इकट्ठा किया जा सकता है और प्रदर्शन और उचित प्रोटोकॉल अनुपालन का विश्लेषण करने के लिए सिम्युलेटेड किया जा सकता है।

स्केलेबिलिटी और रेंज

विषम पैकेजिंग प्रौद्योगिकियां डिजाइन, निर्माण, और इकट्ठा करने के लिए अधिक जटिल हैं, संभावित रूप से सभी के लिए उनकी उपलब्धता को सीमित करते हुए अग्रणी अर्धचालक कंपनियां और उनके रक्तस्रावी किनारे डिजाइन।सौभाग्य से, डिजाइन और आपूर्ति श्रृंखला पारिस्थितिक तंत्र ऐसी प्रौद्योगिकियों के लोकतंत्रीकरण को सक्षम करने में एक शक्तिशाली भूमिका निभा सकते हैं, उन्हें सभी डिजाइनरों और कंपनियों की पहुंच में डालते हैं - जैसे सिलिकॉन फाउंड्री दुनिया ने प्रोसेस डिजाइन किट (पीडीके) के साथ किया था, जो बन गए हैं सर्वव्यापी।

स्वचालित आईसी सत्यापन फाउंड्री द्वारा बनाए गए डिजाइन नियमों द्वारा संचालित है और घरों को डिजाइन करने के लिए पीडीके में प्रदान किया गया है।EDA उपकरण आपूर्तिकर्ता अपने औज़ारों को इन नियमों के विरुद्ध योग्य बनाते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनके सत्यापन उपकरण सिद्ध, दोहराए जाने वाले, साइनऑफ़ गुणवत्ता परिणाम उत्पन्न करें।एक पैकेज असेंबली डिज़ाइन किट (PADK) का उद्देश्य पीडीके के समान है - मानकीकृत नियमों का उपयोग करके विनिर्माण क्षमता और प्रदर्शन को सुविधाजनक बनाता है जो एक प्रक्रिया में स्थिरता सुनिश्चित करते हैं।

जाहिर है, एक PADK में भौतिक सत्यापन और निष्कर्षण साइनऑफ़ समाधान दोनों शामिल होना चाहिए, और इसे थर्मल और / या तनाव साइन-ऑफ समाधानों को भी संबोधित करना चाहिए।इन सभी प्रक्रियाओं को विधानसभा बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले किसी विशिष्ट डिज़ाइन टूल या प्रक्रिया से स्वतंत्र होना चाहिए।इसके अलावा, एक पूर्ण PADK को IC और पैकेजिंग डोमेन दोनों पर काम करना चाहिए, जिसका अर्थ है कि प्रवाह को कई स्वरूपों का समर्थन करना चाहिए।अंत में, इन सभी सत्यापन प्रक्रियाओं को पैकेज असेंबली / OSAT कंपनी द्वारा मान्य किया जाना चाहिए।

उन्नत आईसी पैकेजों के पैमाने और जटिलता ने डिजाइनर और डिजाइन शेड्यूल पर तत्काल दबाव डाला, जो अक्सर बढ़ जाता है।इसे प्रबंधित करने के लिए एक उभरता हुआ लोकप्रिय दृष्टिकोण समवर्ती टीम डिज़ाइन है, जहां कई डिज़ाइनर एक साथ एक ही डिज़ाइन पर स्थानीय या वैश्विक नेटवर्क पर काम करते हैं, फिर भी किसी भी सेटअप या प्रक्रिया प्रबंधन को सहन किए बिना सभी डिज़ाइन गतिविधि की कल्पना करने की क्षमता को बनाए रखते हैं।

चित्र 4 बहु-उपयोगकर्ता समवर्ती डिज़ाइन डिज़ाइन साइकिल को सिकोड़ सकता है और संसाधनों का अनुकूलन कर सकता है।स्रोत: मेंटर ग्राफिक्स

कीथ फेल्टन से।