最新的電子產(chǎn)品通常需要三個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)流程 - 芯片，封裝和PCB - 這些產(chǎn)品在單個(gè)封裝中使用越來(lái)越復(fù)雜的片上系統(tǒng)（SoC）和多個(gè)芯片。今天，這三個(gè)過(guò)程通常使用點(diǎn)工具執(zhí)行，這些點(diǎn)工具需要耗時(shí)且容易出錯(cuò)的手動(dòng)過(guò)程來(lái)鏈接這三個(gè)過(guò)程。但是，通過(guò)考慮每個(gè)設(shè)計(jì)決策的系統(tǒng)級(jí)影響，集成的3D芯片/封裝/電路板協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境能夠以比過(guò)去更大的程度全面優(yōu)化封裝，電路板和IC設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)引腳分配和I/O布局優(yōu)化可路由性，以最大限度地減少封裝，芯片和電路板之間的層數(shù)。新方法可以在更短的時(shí)間內(nèi)將更多功能性，更高性能和更便宜的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

限制傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)依賴于在獨(dú)立環(huán)境中處理IC，封裝和PCB的工具。這些流程缺乏系統(tǒng)級(jí)規(guī)劃，可視化，設(shè)計(jì)和分析。規(guī)劃中使用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)不能與用于審查和分析的數(shù)據(jù)庫(kù)互操作，因此很難保證在規(guī)劃期間做出的決策能夠貫穿最終產(chǎn)品。在傳統(tǒng)的2D組件專用設(shè)計(jì)工具中，協(xié)同設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員通常只能看到自己的組件。用于在這些環(huán)境之間交換數(shù)據(jù)的文件交換格式通常是過(guò)時(shí)的和缺陷的，缺少有用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或者是專有的并且沒(méi)有廣泛支持。傳統(tǒng)流程中不存在工具來(lái)集成系統(tǒng)的所有組件并維護(hù)電氣和機(jī)械數(shù)據(jù)庫(kù)信息，從而提供可實(shí)現(xiàn)的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境。

過(guò)去這種方法是可以接受的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)復(fù)雜的系統(tǒng)都有大的外形（服務(wù)器，PC塔，大型機(jī)械），封裝和基板成本在整個(gè)系統(tǒng)成本中可以忽略不計(jì)。隨著功能的增加，成本的限制以及當(dāng)今產(chǎn)品（便攜式設(shè)備，可穿戴設(shè)備和汽車）的外形尺寸的減小，組件需要彼此緊密協(xié)調(diào)，以便針對(duì)小尺寸和最小層數(shù)基板優(yōu)化引腳分配。/p>

由于缺乏工具集成，但設(shè)計(jì)要求不斷增加，公司已恢復(fù)使用電子表格和通用辦公生產(chǎn)力工具來(lái)執(zhí)行規(guī)劃和可行性研究以及定義工具界面和數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸兺ǚ椒?。這些文件通常是內(nèi)部開發(fā)的，必須在內(nèi)部進(jìn)行維護(hù)并手動(dòng)操作以與流程中的工具進(jìn)行交互。由于EDA工具的限制性文件輸入格式，它們受到所提供信息的限制。它們會(huì)遇到諸如無(wú)法與最終設(shè)計(jì)輸出數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)規(guī)劃數(shù)據(jù)以及僅限于簡(jiǎn)單信息（如基本網(wǎng)絡(luò)和位置信息）的引腳分配數(shù)據(jù)等問(wèn)題。由于缺乏中央設(shè)計(jì)環(huán)境以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)使用手動(dòng)反饋機(jī)制，引腳，I/O，布局布線的元件間優(yōu)化是不可行的。

PCB產(chǎn)品設(shè)計(jì)供應(yīng)商已開始介紹利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)降低開發(fā)成本的工具來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。然而，由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)所施加的不靈活性，這些新工具僅限于2D環(huán)境或一個(gè)封裝和一個(gè)PCB。需要在2D和3D視圖之間來(lái)回切換需要在傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和較新的3D查看器數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換，這會(huì)減慢設(shè)計(jì)過(guò)程，增加翻譯準(zhǔn)確度的不確定性并限制設(shè)計(jì)洞察力。

隨著產(chǎn)品外形尺寸的縮小，需要使用機(jī)械設(shè)計(jì)的外殼檢查ECAD設(shè)計(jì)尺寸，并考慮外殼進(jìn)行多物理分析。隨著外殼越來(lái)越多地從正交移動(dòng)到更緊湊，更復(fù)雜的彎曲形狀，需要3D視圖，因?yàn)?D視圖過(guò)于嚴(yán)格并且不能準(zhǔn)確地表示系統(tǒng)。傳統(tǒng)流程將ECAD和MCAD設(shè)計(jì)分開，幾乎沒(méi)有交叉流分析的機(jī)會(huì)。 MCAD流程中的電子行業(yè)特定設(shè)計(jì)自動(dòng)化由于其通用性而難以實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)級(jí)3D協(xié)同設(shè)計(jì)的出現(xiàn)

新一代系統(tǒng)級(jí)3D協(xié)同設(shè)計(jì)工具通過(guò)提供集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)系統(tǒng)級(jí)以及PCB，IC和機(jī)械外殼的規(guī)劃和最終設(shè)計(jì)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)被放在一個(gè)視圖中，因此每個(gè)參與項(xiàng)目的人都可以在完整產(chǎn)品的上下文中看到他們的謎題。工程師可以在單個(gè)用戶界面中進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，完整封裝設(shè)計(jì)，完整PCB設(shè)計(jì)，插入器設(shè)計(jì)，并優(yōu)化ICL設(shè)計(jì)的RDL（再分布層）布線和裸片放置。可以根據(jù)最終的ECAD外形尺寸（PCB，封裝和IC）尺寸檢查機(jī)械外殼設(shè)計(jì)，以確保安裝和間隙。集成的制造設(shè)計(jì)工具使得可以在布局期間驗(yàn)證設(shè)計(jì)到供應(yīng)商技術(shù)特定的制造和裝配制造檢查?？梢宰詣?dòng)生成文檔以進(jìn)行簽核和制造。與多物理分析工具集成的按鈕確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的高效快速傳輸，實(shí)現(xiàn)快速周轉(zhuǎn)。

Co - 使用RDL和封裝扇出逃生路由設(shè)計(jì)IC和封裝

這種集成的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境允許在離散或有限的2D工具中無(wú)法使用獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法。例如，工程師可以在單一設(shè)計(jì)視圖中考慮IC側(cè)的RDL和PCB側(cè)的逃逸路徑，對(duì)不同數(shù)量的封裝層進(jìn)行可行性研究。能夠?qū)π酒头庋b進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)協(xié)同設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化凸點(diǎn)和焊球布局，I/O布局和引腳分配，從而降低芯片，封裝和PCB層數(shù)，即使在具有布線復(fù)雜性的非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中也是如此在垂直方向上，如PoP，SiP，芯片級(jí)封裝和3DIC/3D封裝。芯片RDL和封裝逃逸的自動(dòng)布線允許快速尋路可行性，改善完成時(shí)間并允許用戶優(yōu)化裸片放置。其優(yōu)勢(shì)包括減少RDL，插入器/基板和封裝層數(shù)量，同時(shí)優(yōu)化信號(hào)性能并縮短出帶時(shí)間。

PCB設(shè)計(jì)（頂部）和封裝設(shè)計(jì)（底部）之間的實(shí)時(shí)交換，以提高可布線性和性能

查看IC，封裝和PCB同時(shí)在一個(gè)視圖中幫助工程師優(yōu)化引腳分配并避免連接錯(cuò)誤，從而縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。如果設(shè)計(jì)人員需要執(zhí)行封裝/IC凸點(diǎn)分配，他或她可以在PCB級(jí)別查看對(duì)鼠巢的影響?；蛘?，如果設(shè)計(jì)人員必須在電路板級(jí)進(jìn)行自動(dòng)或交互式引腳交換以提高PCB布線性，他或她可以觀察封裝和IC級(jí)別的潛在影響。引腳交換操作在封裝和PCB數(shù)據(jù)庫(kù)之間自動(dòng)傳遞，無(wú)需CSV或其他中性文件來(lái)傳達(dá)更改。該工具還允許多個(gè)工程師在單個(gè)基板上工作，同時(shí)保護(hù)其他工程師的編輯。如果設(shè)計(jì)人員需要在鎖定的包裝設(shè)計(jì)中進(jìn)行引腳交換，他或她可以發(fā)送通知，其他工程師可以接受或拒絕作為ECO。

智能PoP和SiP設(shè)計(jì)

使用該技術(shù)，可以將多個(gè)IC導(dǎo)入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境并連接在一起。 3D，多設(shè)計(jì)環(huán)境更智能地管理復(fù)雜包（如PoP和SiP）的路由相互依賴性。這種新方法通過(guò)實(shí)時(shí)3D設(shè)計(jì)為SiP提供重點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，并支持堆疊LSI的復(fù)雜鍵合線放置。工程師可以使用共同設(shè)計(jì)環(huán)境來(lái)確保鍵合線在任何角度滿足間距要求，并且3D鍵合線輪廓符合制造規(guī)范。

使用TSV管理復(fù)雜的2.5/3D IC設(shè)計(jì)

這種新方法極大地改善了基于TSV的設(shè)計(jì)（如3DIC）的布局規(guī)劃和布線堆疊芯片和硅中介層。工程師可以導(dǎo)入現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)（來(lái)自O(shè)penAccess，GDS或LEF/DEF文件）或使用設(shè)計(jì)環(huán)境生成TSV。可以使用導(dǎo)入或手動(dòng)生成的制造和設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)路由。預(yù)放置的TSV可以自動(dòng)布線，而未放置的TSV可以放置和布線。 3D環(huán)境支持大型數(shù)據(jù)集，并允許設(shè)計(jì)人員查看復(fù)雜的轉(zhuǎn)義和路由結(jié)構(gòu)

通過(guò)集成信號(hào)和電源完整性分析驗(yàn)證信號(hào)性能

隨著系統(tǒng)任何級(jí)別的變化，設(shè)計(jì)人員可以從信號(hào)完整性，電源完整性或散熱角度查看效果。多學(xué)科，多物理分析可以使用Keysight Technologies，ANSYS，AWR，CST和Synopsys等解決方案提供商提供的一流解決方案。協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境可在整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)可追溯性?？梢詸z查和分析信號(hào)路徑，因?yàn)樗鼈兛缭皆O(shè)計(jì)和組件邊界，從驅(qū)動(dòng)器到系統(tǒng)互連到接收器。智能和集成的基于原理圖或布局的仿真環(huán)境支持多種設(shè)計(jì)流程。

結(jié)論

芯片/封裝/電路板協(xié)同設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)人員能夠考慮每個(gè)設(shè)計(jì)決策的系統(tǒng)級(jí)影響，從而降低設(shè)計(jì)成本，提高性能，減少不確定性并加快進(jìn)度。設(shè)計(jì)人員可以同時(shí)考慮IC/封裝/PCB問(wèn)題，以設(shè)計(jì)具有最佳信號(hào)性能的良好集成產(chǎn)品，同時(shí)減少RDL，插入器/基板和封裝層數(shù)量，從而降低成本和出帶時(shí)間。