1簡(jiǎn)介

高密度先進(jìn)封裝 (HDAP) 在各種最終用戶應(yīng)用中的采用率持續(xù)攀升。使用中介層（硅或有機(jī)）的 2.5D 集成電路 (IC) 設(shè)計(jì)通常針對(duì)高端應(yīng)用，如軍事、航空航天和高性能計(jì)算，而類似臺(tái)積電集成扇出 (InFO) 封裝這樣的 3D 扇出封裝方法，則更側(cè)重于手機(jī)等大規(guī)模消費(fèi)應(yīng)用。此外，所有主流設(shè)計(jì)公司、晶圓代工廠和封測(cè)代工廠 (OSAT) 都在投資新一代技術(shù)——使用硅通孔 (TSV) 和混合鍵合的真正裸片堆疊。

圖：HDAP 技術(shù)

伴隨 HDAP 設(shè)計(jì)的使用，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 對(duì) HDAP 驗(yàn)證的支持也在同步發(fā)展。HDAP 驗(yàn)證解決方案解決了與 HDAP 驗(yàn)證相關(guān)的多個(gè)問(wèn)題：

用于封裝設(shè)計(jì)的裝配設(shè)計(jì)套件 (ADK) 的開(kāi)發(fā)

用于先進(jìn)封裝的裝配級(jí) LVS 的概念和要求

用于先進(jìn)封裝的布線后模擬仿真與數(shù)字靜態(tài)時(shí)序分析 (STA) 流程

在考慮裸片、封裝和裸片/封裝接口寄生效應(yīng)的同時(shí)生成 HDAP 系統(tǒng)級(jí)連接關(guān)系的選項(xiàng)

解決 3DIC 驗(yàn)證方法中面臨的數(shù)據(jù)不完整挑戰(zhàn)的驗(yàn)證選項(xiàng)

最簡(jiǎn)單形式的 HDAP 物理驗(yàn)證由兩項(xiàng)主要要求組成：

連接關(guān)系：驗(yàn)證多個(gè)裸片通過(guò)封裝/中介層布線正確連接

對(duì)齊：驗(yàn)證多個(gè)裸片在封裝/中介層頂面按預(yù)期對(duì)齊

2.5/3DIC 物理驗(yàn)證的這項(xiàng)基本定義通常被認(rèn)為是公認(rèn)的，這意味著最終客戶和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴（晶圓代工廠/OSAT 和 EDA 公司）都知道并理解基本要求。事實(shí)上，生態(tài)系統(tǒng)合作是開(kāi)發(fā) 3DIC 物理驗(yàn)證設(shè)計(jì)套件作為封裝 ADK 起點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)力。

但是，隨著 3DIC 技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)計(jì)公司不斷構(gòu)建更復(fù)雜的 HDAP 設(shè)計(jì)，物理驗(yàn)證需求日漸擴(kuò)大。這類先進(jìn)物理驗(yàn)證要求將 3DIC 物理驗(yàn)證提升到更高水平。為了跟上步伐，EDA 供應(yīng)商正在擴(kuò)展其 3DIC 驗(yàn)證工具和策略方面的能力。

2Calibre 3DSTACK 物理驗(yàn)證

Calibre 3DSTACK 工具是專為 2.5/3DIC 和封裝設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化物理驗(yàn)證系統(tǒng)。它已在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中被 OSAT、晶圓代工廠和設(shè)計(jì)公司廣泛采用，并支持許多裸片封裝設(shè)計(jì)（包括西門子自己的硬件加速器技術(shù)）成功進(jìn)入市場(chǎng)，同時(shí)避免了昂貴的重新設(shè)計(jì)。利用 Calibre 3DSTACK 工具，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)任意工藝節(jié)點(diǎn)的完整多裸片系統(tǒng)執(zhí)行 signoff 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 (DRC) 和 LVS 驗(yàn)證，而無(wú)需中斷當(dāng)前的工具流程，也不需要新的數(shù)據(jù)格式。

作為持續(xù)提高工具和驗(yàn)證過(guò)程的效率及準(zhǔn)確性的舉措之一，關(guān)鍵的對(duì)齊檢查功能得到了強(qiáng)化，并增加了創(chuàng)新的預(yù)檢模式，以支持設(shè)計(jì)人員在運(yùn)行 signoff 之前查找并消除選定的錯(cuò)誤。

裸片/中介層對(duì)齊檢查

對(duì)齊檢查是 3DIC 驗(yàn)證期間執(zhí)行的基本步驟之一。Calibre 3DSTACK 重疊和中心檢查都能驗(yàn)證位于封裝/中介層頂面的多個(gè)裸片是否按預(yù)期對(duì)齊。重疊檢查確定兩個(gè)交互裸片的焊盤(pán)之間是否有足夠的重疊，而中心檢查則分析焊盤(pán)對(duì)的中心，以檢查是否有任何錯(cuò)位。雖然這兩種檢查都能準(zhǔn)確涵蓋對(duì)齊檢查的基本要求，但調(diào)試和修復(fù)這些檢查所識(shí)別的錯(cuò)誤可能頗具挑戰(zhàn)性。

圖：基本重疊和中心檢查

中介層至裸片檢查中的誤報(bào)

對(duì)于在中介層頂面有多個(gè)裸片的 2.5D 裝配或設(shè)計(jì)而言，基本重疊或中心檢查一次僅檢測(cè)/檢查一個(gè)裸片，這可能導(dǎo)致實(shí)際被其他裸片覆蓋的中介層焊盤(pán)出現(xiàn)誤報(bào)。

圖：基本重疊檢查中由于布置在中介層上

但未包括在檢查范圍內(nèi)的額外裸片而導(dǎo)致的誤報(bào)

增強(qiáng)型重疊和中心檢查會(huì)自動(dòng)檢測(cè)與給定中介層交互的所有裸片，并且一次檢查中介層焊盤(pán)與所有裸片焊盤(pán)的重疊/中心，從而消除這類誤報(bào)。

圖：添加智能功能消除了

增強(qiáng)型重疊和中心檢查由于多個(gè)裸片而導(dǎo)致的誤報(bào)

雖然基本檢查和增強(qiáng)型檢查具有相同的名稱，但它們的語(yǔ)法不同。當(dāng)一個(gè)裝配中的兩個(gè)交互級(jí)別只有一個(gè)裸片時(shí)，基本檢查功能就足夠了。但是，當(dāng)中介層的同一級(jí)別（即同一層中）具有多個(gè)裸片時(shí)，應(yīng)使用增強(qiáng)型檢查。

調(diào)試中心檢查錯(cuò)位錯(cuò)誤

即使沒(méi)有誤報(bào)，調(diào)試中心檢查錯(cuò)誤也可能頗具挑戰(zhàn)性，尤其當(dāng)違規(guī)是由于輕微錯(cuò)位引起時(shí)。設(shè)計(jì)人員必須手動(dòng)計(jì)算兩個(gè)焊盤(pán)上的凸塊中心，并測(cè)量差異以糾正錯(cuò)誤。

為了簡(jiǎn)化中心檢查錯(cuò)位錯(cuò)誤的調(diào)試，Calibre 3DSTACK 為增強(qiáng)型中心檢查提供了一種功能，生成指向用于測(cè)量的焊盤(pán)中心的特殊標(biāo)記/提示，從而使錯(cuò)位在調(diào)試過(guò)程中變得明晰可見(jiàn)。

圖：用于中心檢查錯(cuò)位錯(cuò)誤的標(biāo)記

有助于設(shè)計(jì)人員快速、準(zhǔn)確地調(diào)試這些錯(cuò)誤

用于帶有文本的凸塊的中心檢查

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)對(duì)指定裸片層的所有凸塊/焊盤(pán)應(yīng)用中心檢查。但是，設(shè)計(jì)人員通常對(duì)檢測(cè)帶有文本的凸塊中的錯(cuò)位特別感興趣，這些凸塊代表用于連接關(guān)系目的的管腳。

基本的中心檢查不會(huì)執(zhí)行這種類型的篩選，但設(shè)計(jì)人員可利用增強(qiáng)型中心檢查，僅對(duì)帶有文本的焊盤(pán)應(yīng)用中心檢查。

圖：設(shè)計(jì)人員可利用選擇性篩選

僅對(duì)帶有文本的焊盤(pán)應(yīng)用中心檢查

33DIC 物理驗(yàn)證的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

許多設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在 3DIC 驗(yàn)證流程中面臨的挑戰(zhàn)之一是，有效地管理不完整的數(shù)據(jù)和不正確的設(shè)置。這些問(wèn)題可能各不相同，包括：輸入中缺失數(shù)據(jù)，缺失對(duì)齊檢查導(dǎo)致未被檢測(cè)到的裸片到裸片對(duì)齊問(wèn)題，以及系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致高錯(cuò)誤數(shù)的系統(tǒng)性問(wèn)題。系統(tǒng)性問(wèn)題包括版圖和源之間的管腳名稱差異，或規(guī)則集中的文本附件語(yǔ)句缺失/定義錯(cuò)誤等，這兩種問(wèn)題都會(huì)產(chǎn)生虛假的連接關(guān)系檢查違規(guī)，需要進(jìn)行不必要的調(diào)試迭代。

為了極大限度減少這些影響，Calibre 3DTSTACK 工具提供了一種創(chuàng)新的預(yù)檢模式，設(shè)計(jì)人員可利用此模式在調(diào)用 Calibre 3D STACK signoff 運(yùn)行之前捕獲任何明顯的設(shè)置/數(shù)據(jù)問(wèn)題。盡管裸片在 3D 堆疊階段之前已完成流片，但這種預(yù)檢模式有助于在 Calibre 3DSTACK signoff 運(yùn)行前捕捉任何早期、系統(tǒng)性的系統(tǒng)級(jí)/多裸片集成問(wèn)題。Calibre 3DSTACK 預(yù)檢模式包括多個(gè)用于檢測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)置問(wèn)題的過(guò)程。

源網(wǎng)表檢查

源網(wǎng)表檢查檢測(cè)并報(bào)告源網(wǎng)表語(yǔ)法問(wèn)題，并驗(yàn)證源到版圖的正確映射。版圖與源裸片之間缺少映射定義或映射定義不正確，可能導(dǎo)致流程終止和/或產(chǎn)生虛假的連接關(guān)系檢查違規(guī)。

檢查帶有文本的焊盤(pán)

在 Calibre 3DSTACK 規(guī)則集中，設(shè)計(jì)人員定義了與表示裸片管腳的層之間的文本關(guān)聯(lián)。每個(gè)管腳由端口-焊盤(pán)（用戶指定的層上的幾何形狀）表示，并附有相同的文本標(biāo)簽。預(yù)檢模式可檢測(cè)多個(gè)與焊盤(pán)相關(guān)的問(wèn)題：

未附加文本的焊盤(pán)

附加多個(gè)文本的焊盤(pán)

與任何焊盤(pán)無(wú)關(guān)的文本標(biāo)簽（與用戶指定的管腳層的幾何形狀沒(méi)有任何重疊）

這些問(wèn)題如未解決，將會(huì)在 Calibre 3DSTACK signoff 運(yùn)行中造成連接關(guān)系檢查違規(guī)。

缺失或額外端口檢查

缺失或額外端口檢查確定版圖和源網(wǎng)表中的裸片管腳是否匹配，并報(bào)告版圖中的任何缺失或額外端口。造成這種錯(cuò)誤的原因有多種：規(guī)則集中不正確的文本關(guān)聯(lián)語(yǔ)句，缺失焊盤(pán)，管腳名稱拼寫(xiě)錯(cuò)誤等。在早期檢測(cè)并修復(fù)這些問(wèn)題，可大幅減少 signoff 運(yùn)行期間的調(diào)試時(shí)間。

規(guī)則集覆蓋率

規(guī)則集覆蓋率分析裸片堆疊（裝配）并自動(dòng)檢測(cè)裸片到裸片交互。如果規(guī)則集中缺失了任何裸片到裸片交互，它會(huì)建議逐一檢查每個(gè)裸片或交互的裸片對(duì)。這些建議可確保規(guī)則集針對(duì)裝配驗(yàn)證提供完全覆蓋，防止未被檢測(cè)到的任何違規(guī)（對(duì)齊情況或連接關(guān)系）。

中介層電源和接地短路檢查

中介層電源和接地短路檢查可針對(duì)用戶為中介層裸片指定的電源和接地網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開(kāi)路/短路檢查，以幫助設(shè)計(jì)人員更快地找到根本原因。電源/接地連接關(guān)系檢查中的違規(guī)往往是最難調(diào)試的，因?yàn)殡娫春徒拥鼐W(wǎng)絡(luò)會(huì)穿過(guò)裝配中的所有裸片，并覆蓋設(shè)計(jì)中的很大面積，這使得查找真正導(dǎo)致短路的幾何形狀成為一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。

解決所有問(wèn)題并應(yīng)用 Calibre 3DSTACK 預(yù)檢模式報(bào)告的所有建議，有助于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)大幅縮短 signoff 運(yùn)行中的調(diào)試時(shí)間。

4結(jié)語(yǔ)

隨著封裝設(shè)計(jì)的持續(xù)發(fā)展，驗(yàn)證要求和挑戰(zhàn)如影相隨。設(shè)計(jì)人員即使在處理最復(fù)雜的多裸片、多小芯片堆疊配置時(shí)，也可以使用 Calibre 3DSTACK 3DIC 驗(yàn)證的增強(qiáng)檢查功能，快速輕松地驗(yàn)證物理裸片是否正確布局，以確保正確的連接關(guān)系和電氣行為。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可利用預(yù)檢模式，在調(diào)用 Calibre 3DSTACK signoff 運(yùn)行之前查找并更正基本實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)和系統(tǒng)性錯(cuò)誤，從而消除不必要的調(diào)試迭代，并加快整體封裝驗(yàn)證流程。

此外，與西門子 Xpedition Package Designer (XPD) 和 Xpedition Substrate Integrator (XSI) 工具的集成有助于加快實(shí)現(xiàn)速度，與此同時(shí)，與業(yè)界領(lǐng)先的寄生參數(shù)提取工具的結(jié)合，還可以捕獲裸片或封裝接口之間的耦合。通過(guò)擴(kuò)展其他傳統(tǒng) IC 驗(yàn)證工具，如可靠性驗(yàn)證，來(lái)識(shí)別和解決封裝問(wèn)題，設(shè)計(jì)公司能夠進(jìn)一步提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值。展望未來(lái)，與布局規(guī)劃、布局布線、可靠性驗(yàn)證以及電源、熱和應(yīng)力分析等其他工具的集成，將為 HDAP 行業(yè)提供一種自動(dòng)化程度更高的設(shè)計(jì)到制造模式。