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三维集成电路系统的电网分析系统设计奢侈品市场和消费

发布时间:2020-02-15 17:40:39

三维集成电路系统的电分析 - 系统设计 - 电子工程

在高级节点,有效的电分析是确保小尺寸连接器可以处理电流需求,而不会造成潜伏失效模式或信号完整性问题的关键。现有的电分析工具需要按照2.5维和三维设计进行拓展和增强,从而满足新的需求和使用模式。本文介绍了一些必要的改进。

以系统为中心的电分析

在三维集成电路系统中,几个晶粒同享相同的络供电。电分析 (PGA) 工具必须同时分析所有晶粒,由于一个晶粒的电压降可能直接与另一个相干联。另外,电分析解决方案必须支持各种2.5维/三维晶粒配置——包括布局、定向和堆叠顺序——和晶粒内部连接器模型。

一个系统中的每一个晶粒可能已依照其运用和需求采取了不同的工艺节点。一个系统可能包含 40nm 和 28nm 设计的晶粒以及 65nm 设计的基板夹层(interposer)。增量技术文件定义和校准在这个使用案例中发挥了重要作用,由于终端用户只需校准与2.5维/三维整合相干的新堆叠定义部份,而不用重新校准全部堆叠。

2.5维/三维流程的电分析工具还必须斟酌垂直整合所需的更多“对象”,如背面凸块(microbumps)和背面金属层(图1)。三维结构中的背面金属层呈45度角,而不是正面金属层常用的90度,这将对功率分析模型产生影响。对全三维系统,电分析工具需要给正面和背面金属之间的硅穿孔(TSV)定义准确的模型,而对于2.5维系统,电分析工具必须能够模拟只包括金属(下面没有器件)的钝化基板夹层(interposer)。

使用模型

考虑到2.5维和三维系统的常规尺寸和需要整合第三方晶粒,电分析解决方案必须能够以3种不同的模式运行。

基于功率模型的电分析模式——在基于功率模型的模式中,每个晶粒表现为紧凑的功率模型,电分析工具使用这些模型及其连接分析全部2.5维/三维集成电路系统。这类模式运行相当快,提供了高水平的系统电分析,但是它仅限于检测晶粒内连接问题。由于功率模型是为了特定技术节点角而创建,一个电分析解决方案必须能够处理不同条件下的不同紧凑功率模型。例如,1.2V 条件下90nm 晶粒模型和1.0V 条件下 65nm 的晶粒模型组合在一起的情况。全2.5维/三维电分析模式——终端用户希望分析特定多晶粒的电压降,但是算起来代价十分高昂。为了支持这个模式,电分析工具的容量和周转时间必须比现有工具好几个数量级。混合电分析模式——混合模式受到分析第三方晶粒整合需求的推动。它支持一系列混合的紧凑型功率模型和晶粒,在这种情况下第三方晶粒仅表现为紧凑模型,用于整合进系统电分析。

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