SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境（瑞薩）

瑞薩科技公司（以下簡(jiǎn)稱“瑞薩”）開(kāi)發(fā)出SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境（SiP Top-Down Design Environment），用以提高對(duì)于整合了多個(gè)芯片的系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率。例如采用單獨(dú)封裝的系統(tǒng)級(jí)封裝器件（SiP）、MCU和存儲(chǔ)器。它采用了自頂向下（預(yù)計(jì)性）設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)的初始階段即驗(yàn)證其主要特性，如設(shè)計(jì)質(zhì)量和散熱性。
SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境集成并優(yōu)化了各種工具，其中包括可以整合至SiP產(chǎn)品中的片上信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以及一個(gè)基片布局工具。產(chǎn)品提供了一個(gè)通用的用戶接口，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工具間的數(shù)據(jù)傳輸，增強(qiáng)了其簡(jiǎn)單易用性和靈活性，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的設(shè)計(jì)環(huán)境，如在電流模擬過(guò)程中進(jìn)行分析。這些優(yōu)勢(shì)允許器件可采用那些對(duì)開(kāi)發(fā)一個(gè)新型SiP所需時(shí)間有著重要影響的各個(gè)步驟進(jìn)行分析。如在設(shè)計(jì)的初始階段就加以實(shí)行、用于保護(hù)信號(hào)完整性的電子特性的分析以及針對(duì)散熱特性的熱性能分析，最終提高設(shè)計(jì)質(zhì)量并縮減一半的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

< 產(chǎn)品背景信息>
SiP是指在一個(gè)單獨(dú)的封裝中嵌入了多個(gè)芯片，如SoC、MCU和存儲(chǔ)器，因此封裝基底結(jié)構(gòu)和配線的設(shè)計(jì)比單芯片SoC器件更加復(fù)雜。另外，由于存儲(chǔ)器速度和性能在不斷提高，因此保證芯片和SiP之間的信號(hào)完整性非常重要，而且由于伴隨著速度的提高，將產(chǎn)生更高的功耗和熱生成密度，因此保證充足的散熱也非常關(guān)鍵。這兩大因素已成為SiP設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的兩個(gè)方面。因此，為了實(shí)現(xiàn)更快的SiP開(kāi)發(fā)，保證信號(hào)的完整性，并盡可能高效的對(duì)散熱性能進(jìn)行驗(yàn)證都很重要。
在此之前，瑞薩科技采用一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定問(wèn)題和對(duì)策，以提高設(shè)計(jì)效率并減少SiP產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。這就縮減了封裝基底設(shè)計(jì)所需的時(shí)間并有助于降低與基底生產(chǎn)和SiP測(cè)試相關(guān)的生產(chǎn)成本。最新開(kāi)發(fā)的SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境滿足了對(duì)于在提高SiP設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的設(shè)計(jì)方法的需求。它取代了傳統(tǒng)的反標(biāo)注（分析）的設(shè)計(jì)方法，這些傳統(tǒng)方法需要在SiP設(shè)計(jì)過(guò)程的后期，即封裝基底的設(shè)計(jì)完成后中，分析信號(hào)集成性和散熱性，而采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，在SiP的最初設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)完成了對(duì)于多種特性的驗(yàn)證。它采用了一個(gè)集成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和通用用戶接口，進(jìn)而能夠進(jìn)行自動(dòng)分析或自動(dòng)執(zhí)行模擬電路中的部分任務(wù)。

< 產(chǎn)品特性 >
SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境的主要特性總結(jié)如下：
(1) 適用于多種工具的集成型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和通用接口
 在一個(gè)SiP封裝中，一個(gè)棧內(nèi)布置多個(gè)芯片，芯片和封裝基底通過(guò)金制或其它材料的接線來(lái)互聯(lián)。過(guò)去，電子和熱特性的分析和絲焊設(shè)計(jì)和與裝基底接線設(shè)計(jì)程序是無(wú)關(guān)的。因此，有必要為每個(gè)芯片和接線分析中所采用的工具手動(dòng)進(jìn)行基底數(shù)據(jù)更新。
 新的設(shè)計(jì)環(huán)境采用一個(gè)集成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可提供對(duì)于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)易連接的統(tǒng)一管理，以進(jìn)行電子和散熱特性的分析。因此，芯片上的數(shù)據(jù)形成并定位，同時(shí)，芯片-芯片連接數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取，并連接到基底布局工具。而且，絲焊與基底布局工具得出的基底模式數(shù)據(jù)可以與其它分析工具互聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的簡(jiǎn)單易用性，設(shè)備提供了一個(gè)通用接口，用于啟動(dòng)工具并進(jìn)行設(shè)置。
(2) 在初始設(shè)計(jì)階段，大規(guī)模封裝基底的噪聲分析
 過(guò)去，大規(guī)模封裝基底的電子特性分析，涉及了待分析的多個(gè)區(qū)域的數(shù)個(gè)子區(qū)域，目的在于能夠在實(shí)踐的總時(shí)間內(nèi)完成分析。由于待分析區(qū)域被分割的方式會(huì)影響到分析的精度，因此必須對(duì)于分割方式本身進(jìn)行仔細(xì)考慮。電路模擬也涉及對(duì)于分析的混合式結(jié)果，如SoC驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)。因此，構(gòu)建模擬環(huán)境和確定執(zhí)行結(jié)果是一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程，而且在設(shè)計(jì)的初始階段，很難估計(jì)出噪聲特性。
 新的設(shè)計(jì)環(huán)境包括一個(gè)支持大規(guī)?；椎碾姶艌?chǎng)域分析工具。這就意味著沒(méi)有必要對(duì)這個(gè)待分析區(qū)域進(jìn)行分割。另外，電路模擬的模擬條件設(shè)置和結(jié)果確定都是自動(dòng)進(jìn)行的。因此有必要在設(shè)計(jì)的初始階段根據(jù)電子特性來(lái)估算噪聲。
(3) 考慮了基底布局的散熱分析
 過(guò)去，用散熱特性評(píng)估的封裝模式都是通過(guò)參考基底布局?jǐn)?shù)據(jù)手動(dòng)創(chuàng)建的，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)用于評(píng)估散熱的封裝模型非常耗時(shí)，而且結(jié)果模式的精度也很有限。
 新的設(shè)計(jì)環(huán)境是從基底布局?jǐn)?shù)據(jù)信息中得到的，包括導(dǎo)體模式區(qū)共享（銅比）、層厚和內(nèi)部SiP封裝繞線的材料、電源層等，以及各層之間的通孔的數(shù)據(jù)和芯片的形狀及位置，而且它自動(dòng)構(gòu)建一個(gè)用于散熱評(píng)估封裝模型的環(huán)境。另外一個(gè)新開(kāi)發(fā)的功能將SoC的功耗分布應(yīng)用到熱分析模式上，因此，也考慮到了芯片內(nèi)熱生成的分布。這些優(yōu)勢(shì)不僅僅提供了模型的精度，而且它們使得在很短的時(shí)間內(nèi)完成熱分析成為可能。

瑞薩科技計(jì)劃將其SiP自頂向下設(shè)計(jì)環(huán)境擴(kuò)展應(yīng)用到更廣泛的SiP產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，并將持續(xù)構(gòu)建滿足客戶需求的開(kāi)發(fā)解決方案。

<圖片>
1. 大規(guī)格圖片分析示例
 

2. 考慮到基底的散熱分析實(shí)例