基于SiP技术的微系统 李扬 编 专业科技 文轩网

第1部分 概念和技术
第1章 从摩尔定律到功能密度定律 3
1.1 摩尔定律 3
1.2 摩尔定律面临的两个问题 4
1.2.1 微观尺度的缩小 4
1.2.2 宏观资源的消耗 6
1.3 功能密度定律 10
1.3.1 功能密度定律的描述 10
1.3.2 电子系统6级分类法 11
1.3.3 摩尔定律和功能密度定律的比较 13
1.3.4 功能密度定律的应用 14
1.3.5 功能密度定律的扩展 17
1.4 广义功能密度定律 17
1.4.1 系统空间定义 18
1.4.2 地球空间和人类宇宙空间 18
1.4.3 广义功能密度定律 20
第2章 从SiP到Si3P 21
2.1 概念深入：从SiP到Si3P 21
2.2 Si3P之integration 23
2.2.1 IC层面集成 23
2.2.2 PCB层面集成 26
2.2.3 封装层面集成 28
2.2.4 集成（Integration）小结 30
2.3 Si3P之interconnection 31
2.3.1 电磁互联 31
2.3.2 热互联 36
2.3.3 力互联 37
2.3.4 互联（interconnection）小结 39
2.4 Si3P之intelligence 39
2.4.1 系统功能定义 40
2.4.2 产品应用场景 41
2.4.3 测试和调试 41
2.4.4 软件和算法 42
2.4.5 智能（intelligence）小结 44
2.5 Si3P总结 44
2.5.1 历史回顾 44
2.5.2 联想比喻 45
2.5.3 前景预测 46
第3章 SiP技术与微系统 47
3.1 SiP技术 47
3.1.1 SiP技术的定义 47
3.1.2 SiP及其相关技术 48
3.1.3 SiP还是SOP 50
3.1.4 SiP技术的应用领域 51
3.1.5 SiP工艺和材料的选择 55
3.2 微系统 57
3.2.1 自然系统和人造系统 57
3.2.2 系统的定义和特征 58
3.2.3 微系统的新定义 59
第4章 从2D到4D集成技术 61
4.1 集成技术的发展 61
4.1.1 集成的尺度 61
4.1.2 一步集成和两步集成 62
4.1.3 封装内集成的分类命名 63
4.2 2D集成技术 64
4.2.1 2D集成的定义 64
4.2.2 2D集成的应用 64
4.3 2D+集成技术 65
4.3.1 2D+集成的定义 65
4.3.2 2D+集成的应用 66
4.4 2.5D集成技术 67
4.4.1 2.5D集成的定义 67
4.4.2 2.5D集成的应用 67
4.5 3D集成技术 68
4.5.1 3D集成的定义 68
4.5.2 3D集成的应用 69
4.6 4D集成技术 70
4.6.1 4D集成的定义 70
4.6.2 4D集成的应用 71
4.6.3 4D集成的意义 73
4.7 腔体集成技术 73
4.7.1 腔体集成的定义 73
4.7.2 腔体集成的应用 74
4.8 平面集成技术 76
4.8.1 平面集成技术的定义 76
4.8.2 平面集成技术的应用 76
4.9 集成技术总结 78
第5章 SiP与优选封装技术 80
5.1 SiP基板与封装 80
5.1.1 有机基板 80
5.1.2 陶瓷基板 82
5.1.3 硅基板 85
5.2 与优选封装相关的技术 85
5.2.1 TSV技术 86
5.2.2 RDL技术 87
5.2.3 IPD技术 88
5.2.4 Chiplet技术 89
5.3 优选封装技术 92
5.3.1 基于XY平面延伸的优选封装技术 93
5.3.2 基于Z轴延伸的优选封装技术 96
5.3.3 优选封装技术总结 103
5.3.4 优选封装的四要素：RDL、TSV、Bump和Wafer 104
5.4 优选封装的特点和SiP设计需求 105
5.4.1 优选封装的特点 105
5.4.2 优选封装与SiP的关系 106
5.4.3 优选封装和SiP设计需求 107
第1部分参考资料及说明 108
第2部分 设计和仿真
第6章 SiP设计仿真验证平台 111
6.1 SiP设计技术的发展 111
6.2 SiP设计的两套流程 112
6.3 通用SiP设计流程 112
6.3.1 原理图设计输入 112
6.3.2 多版图协同设计 112
6.3.3 SiP版图设计9大功能 113
6.4 基于优选封装HDAP的SiP设计流程 118
6.4.1 设计整合及网络优化工具XSI 119
6.4.2 优选封装版图设计工具XPD 120
6.5 设计师如何选择设计流程 121
6.6 SiP仿真验证流程 122
6.6.1 电磁仿真 122
6.6.2 热学仿真 124
6.6.3 力学仿真 125
6.6.4 设计验证 125
6.7 SiP设计仿真验证平台的优选性 127
第7章 中心库的建立和管理 129
7.1 中心库的结构 129
7.2 Dashboard介绍 130
7.3 原理图符号（Symbol）库的建立 131
7.4 版图单元（Cell）库的建立 136
7.4.1 裸芯片Cell库的建立 136
7.4.2 SiP封装Cell库的建立 141
7.5 Part库的建立和应用 145
7.5.1 映射Part库 145
7.5.2 通过Part创建Cell库 147
7.6 中心库的维护和管理 148
7.6.1 中心库常用设置项 149
7.6.2 中心库数据导入导出 149
第8章 SiP原理图设计输入 152
8.1 网表输入 152
8.2 原理图设计输入 154
8.2.1 原理图工具介绍 154
8.2.2 创建原理图项目 162
8.2.3 原理图基本操作 163
8.2.4 原理图设计检查 167
8.2.5 设计打包Package 169
8.2.6 输出元器件列表Partlist 172
8.2.7 原理图中文菜单和中文输入 173
8.3 基于DataBook的原理图输入 175
8.3.1 DataBook介绍 175
8.3.2 DataBook使用方法 176
8.3.3 元器件属性的校验和更新 178
8.4 文件输入/输出 179
8.4.1 通用输入/输出 179
8.4.2 输出到仿真工具 181
第9章 版图的创建与设置 183
9.1 创建版图模板 183
9.1.1 版图模板定义 183
9.1.2 创建SiP版图模板 184
9.2 创建版图项目 194
9.2.1 创建新的SiP项目 194
9.2.2 进入版图设计环境 195
9.3 版图相关设置与操作 196
9.3.1 版图License控制介绍 196
9.3.2 鼠标操作方法 197
9.3.3 四种常用操作模式 199
9.3.4 显示控制（Display Control） 202
9.3.5 编辑控制（Editor Control） 207
9.3.6 智能光标提示 213
9.4 版图布局 213
9.4.1 元器件布局 213
9.4.2 查看原理图 217
9.5 封装引脚定义优化 218
9.6 版图中文输入 218
第10章 约束规则管理 221
10.1 约束管理器（Constraint Manager） 221
10.2 方案（Scheme） 222
10.2.1 创建方案 223
10.2.2 在版图设计中应用Scheme 223
10.3 网络类规则（Net Class） 224
10.3.1 创建网络类并指定网络到网络类 224
10.3.2 定义网络类规则 225
10.4 间距规则（Clearance） 226
10.4.1 间距规则的创建与设置 226
10.4.2 通用间距规则 227
10.4.3 网络类到网络类间距规则 228
10.5 约束类（Constraint Class） 229
10.5.1 新建约束类并指定网络到约束类 229
10.5.2 电气约束分类 230
10.5.3 编辑约束组 231
10.6 Constraint Manager和版图数据交互 232
10.6.1 更新版图数据 232
10.6.2 与版图数据交互 233
10.7 规则设置实例 233
10.7.1 等长约束设置 233
10.7.2 差分约束设置 236
10.7.3 Z轴间距设置 237
第11章 Wire Bonding设计详解 239
11.1 Wire Bonding概述 239
11.2 Bond Wire 模型 240
11.2.1 Bond Wire模型定义 241
11.2.2 Bond Wire模型参数 245
11.3 Wire Bonding工具栏及其应用 246
11.3.1 手动添加Bond Wire 246
11.3.2 移动、推挤及旋转Bond Finger 247
11.3.3 自动生成Bond Wire 248
11.3.4 通过导引线添加Bond Wire 249
11.3.5 添加Power Ring 251
11.4 Bond Wire规则设置 252
11.4.1 针对Component的设置 253
11.4.2 针对Die Pin的设置 256
11.4.3 在Die Pin和Bond Finger之间添加多根Bond Wire 258
11.4.4 从单个Die Pin扇出多根Bond Wire到多个Bond Finger 258
11.4.5 多个Die Pin同时键合到一个Bond Finger上 259
11.4.6 Die to Die Bonding 259
11.5 Wire Model Editor和Wire Instance Editor 261
第12章 腔体、芯片堆叠及TSV设计 265
12.1 腔体设计 265
12.1.1 腔体的定义 265
12.1.2 腔体的创建 267
12.1.3 将芯片放置到腔体中 269
12.1.4 在腔体中键合 270
12.1.5 通过腔体将分立式元器件埋入基板 271
12.1.6 在Die Cell中添加腔体实现元器件埋入 273
12.2 芯片堆叠设计 275
12.2.1 芯片堆叠的概念 275
12.2.2 芯片堆叠的创建 276
12.2.3 并排堆叠芯片 277
12.2.4 芯片堆叠的调整及键合 278
12.2.5 芯片和腔体组合设计 279
12.3 2.5D TSV的概念和设计 281
12.4 3D TSV的概念和设计 281
12.4.1 3D TSV的概念 281
12.4.2 3D TSV Cell创建 283
12.4.3 芯片堆叠间引脚对齐原则 284
12.4.4 3D TSV堆叠并互联 284
12.4.5 3D 引脚模型的设置 286
12.4.6 网络优化并布线 287
12.4.7 DRC检查并完成3D TSV设计 289
第13章 RDL及Flip Chip设计 291
13.1 RDL的概念和应用 291
13.1.1 Fan-In型RDL 292
13.1.2 Fan-Out型RDL 293
13.2 Flip Chip的概念及特点 294
13.3 RDL设计 295
13.3.1 Bare Die及RDL库的建立 295
13.3.2 RDL原理图设计 297
13.3.3 RDL版图设计 297
13.4 Flip Chip设计 301
13.4.1 Flip Chip原理图设计 301
13.4.2 Flip Chip版图设计 302
第14章 版图布线与敷铜 307
14.1 版图布线 307
14.1.1 布线综述 307
14.1.2 手工布线 307
14.1.3 半自动布线 312
14.1.4 自动布线 315
14.1.5 差分对布线 316
14.1.6 长度控制布线 319
14.1.7 电路复制 323
14.2 版图敷铜 325
14.2.1 敷铜定义 325
14.2.2 敷铜设置 325
14.2.3 绘制并生成敷铜数据 328
14.2.4 生成敷铜排气孔 331
14.2.5 检查敷铜数据 333
第15章 埋入式无源器件设计 334
15.1 埋入式元器件技术的发展 334
15.1.1 分立式埋入技术 334
15.1.2 平面埋入式技术 336
15.2 埋入式无源器件的工艺和材料 336
15.2.1 埋入工艺Processes 337
15.2.2 埋入材料Materials 342
15.2.3 电阻材料的非线性特征 346
15.3 无源器件自动综合 347
15.3.1 自动综合前的准备 347
15.3.2 电阻自动综合 349
15.3.3 电容自动综合 353
15.3.4 自动综合后版图原理图同步 357
第16章 RF电路设计 359
16.1 RF SiP技术 359
16.2 RF设计流程 360
16.3 RF元器件库的配置 360
16.3.1 导入RF符号到设计中心库 360
16.3.2 中心库分区搜索路径设置 361
16.4 RF原理图设计 362
16.4.1 RF原理图工具栏 362
16.4.2 RF原理图输入 364
16.5 原理图与版图RF参数的相互传递 365
16.6 RF版图设计 368
16.6.1 RF版图工具箱 368
16.6.2 RF单元的3种类型 369
16.6.3 Meander的绘制及编辑 370
16.6.4 创建用户自定义的RF单元 372
16.6.5 Via添加功能 374
16.6.6 RF Group介绍 376
16.6.7 Auto Arrange功能 377
16.6.8 通过键合线连接RF单元 377
16.7 与RF仿真工具连接并传递数据 378
16.7.1 连接RF仿真工具 378
16.7.2 原理图RF数据传递 380
16.7.3 版图RF数据传递 381
第17章 刚柔电路和4D SiP设计 383
17.1 刚柔电路介绍 383
17.2 刚柔电路设计 384
17.2.1 刚柔电路设计流程 384
17.2.2 刚柔电路特有的层类型 384
17.2.3 刚柔电路设计步骤 385
17.3 复杂基板技术 394
17.3.1 复杂基板的定义 394
17.3.2 复杂基板的应用 394
17.4 基于4D集成的SiP设计 395
17.4.1 4D集成SiP基板定义 395
17.4.2 4D集成SiP设计流程 396
17.5 4D SiP设计的意义 400
第18章 多版图项目与多人协同设计 401
18.1 多版图项目 401
18.1.1 多版图项目设计需求 401
18.1.2 多版图项目设计流程 402
18.2 原理图多人协同设计 405
18.2.1 原理图协同设计的思路 405
18.2.2 原理图协同设计的操作方法 406
18.3 版图多人实时协同设计 409
18.3.1 版图实时协同软件的配置 411
18.3.2 启动并应用版图实时协同设计 412
第19章 基于优选封装（HDAP）的SiP设计流程 415
19.1 优选封装设计流程介绍 415
19.1.1 HDAP设计环境需要的技术指标 415
19.1.2 HDAP设计流程 416
19.1.3 设计任务HBM（3D+2.5D） 417
19.2 XSI设计环境 418
19.2.1 设计数据准备 418
19.2.2 XSI常用工作窗口介绍 419
19.2.3 创建项目和设计并添加元器件 420
19.2.4 通过XSI优化网络连接 428
19.2.5 版图模板选择 429
19.2.6 设计传递 431
19.3 XPD设计环境 432
19.3.1 Interposer数据同步检查 432
19.3.2 Interposer布局布线 433
19.3.3 Substrate数据同步检查 434
19.3.4 Substrate布局布线 435
19.4 3D数字化样机模拟 436
19.4.1 数字化样机的概念 436
19.4.2 3D View环境介绍 437
19.4.3 构建HDAP数字化样机模型 438
第20章 设计检查和生产数据输出 444
20.1 Online DRC 444
20.2 Batch DRC 445
20.2.1 DRC Settings选项卡 445
20.2.2 Connectivity and Special Rules选项卡 447
20.2.3 Batch DRC方案 448
20.3 Hazard Explorer介绍 449
20.4 设计库检查 453
20.5 生产数据输出类型 453
20.6 Gerber和钻孔数据输出 454
20.6.1 输出钻孔数据 454
20.6.2 设置Gerber文件格式 457
20.6.3 输出Gerber文件 458
20.6.4 导入并检查Gerber文件 460
20.7 GDS文件和Color Map输出 461
20.7.1 GDS文件输出 461
20.7.2 Color Map输出 462
20.8 其他生产数据输出 463
20.8.1 元器件及Bond Wire坐标文件输出 463
20.8.2 DXF文件输出 465
20.8.3 版图设计状态输出 465
20.8.4 BOM输出 466
第21章 SiP仿真验证技术 468
21.1 SiP仿真验证技术概述 468
21.2 信号完整性（SI）仿真 469
21.2.1 HyperLynx SI 信号完整性仿真工具介绍 469
21.2.2 HyperLynx SI 信号完整性仿真实例分析 471
21.3 电源完整性（PI）仿真 476
21.3.1 HyperLynx PI 电源完整性仿真工具介绍 477
21.3.2 HyperLynx PI 电源完整性仿真实例分析 478
21.4 热分析（Thermal）仿真 483
21.4.1 HyperLynx Thermal热分析软件介绍 484
21.4.2 HyperLynx Thermal热仿真实例分析 484
21.4.3 FloTHERM软件介绍 488
21.4.4 T3Ster热测试设备介绍 489
21.5 优选3D解算器 491
21.5.1 全波解算器（Full-Wave Solver）介绍 491
21.5.2 快速3D解算器（Fast 3D Solver）介绍 491
21.6 数/模混合电路仿真 492
21.7 电气规则验证 493
21.7.1 HyperLynx DRC工具介绍 493
21.7.2 电气规则验证实例 494
21.8 HDAP物理验证 499
21.8.1 Calibre 3DSTACK工具介绍 499
21.8.2 HDAP物理验证实例 500
第2部分参考资料及说明 506
第3部分 项目和案例
第22章 基于SiP技术的大容量存储芯片设计案例 509
22.1 大容量存储器在航天产品中的应用现状 509
22.2 SiP技术应用的可行性分析 510
22.2.1 裸芯片选型 510
22.2.2 设计仿真工具选型 512
22.2.3 生产测试厂家选择 512
22.3 基于SiP技术的大容量存储芯片设计 513
22.3.1 方案设计 513
22.3.2 详细设计 514
22.4 大容量存储芯片封装和测试 519
22.4.1 芯片封装 519
22.4.2 机台测试 522
22.4.3 系统测试 523
22.4.4 后续测试及成本比例 523
22.5 新旧产品技术参数比较 525
第23章 SiP项目规划及设计案例 526
23.1 SiP项目规划 526
23.1.1 SiP的特点和适用性 526
23.1.2 SiP项目需要明确的因素 529
23.2 设计规则导入 530
23.2.1 项目要求及方案分析 530
23.2.2 SiP实现方案 532
23.3 SiP产品设计 534
23.3.1 符号及单元库设计 534
23.3.2 原理设计 535
23.3.3 版图设计 535
23.3.4 产品封装测试 538
第24章 2.5D TSV技术及设计案例 539
24.1 2.5D集成的需求 539
24.2 传统封装工艺与2.5D集成的对比 539
24.2.1 倒装焊（Flip Chip）工艺 539
24.2.2 引线键合（Wire Bonding）工艺 540
24.2.3 传统工艺与2.5D集成的优劣势分析 541
24.3 2.5D TSV转接板设计 542
24.3.1 2.5D TSV转接板封装结构 542
24.3.2 2.5D转接板封装设计实现 543
24.4 转接板、有机基板工艺流程比较 544
24.4.1 硅基转接板 544
24.4.2 玻璃基转接板 545
24.4.3 有机材料基板 546
24.4.4 两种转接板及有机基板工艺能力比较 546
24.5 掩模版工艺流程简介 546
24.6 2.5D硅转接板设计、仿真、制造案例 547
24.6.1 封装结构设计 547
24.6.2 封装布线、信号及结构仿真 549
24.6.3 生产数据Tape Out及掩模版准备 552
24.6.4 转接板的加工及整体组装 553
第25章 数字T/R组件SiP设计案例 554
25.1 雷达系统简介 554
25.2 SiP技术的采用 555
25.3 数字T/R组件电路设计 556
25.3.1 数字T/R组件的功能简介 556
25.3.2 数字T/R组件的结构及原理设计 557
25.3.3 数字T/R组件的SiP版图设计 559
25.4 金属壳体及一体化封装设计 560
第26章 MEMS验证SiP设计案例 563
26.1 项目介绍 563
26.2 SiP方案设计 563
26.3 SiP电路设计 564
26.3.1 建库及原理图设计 565
26.3.2 SiP版图设计 566
26.4 产品组装及测试 571
第27章 基于刚柔基板的SiP设计案例 572
27.1 刚柔基板技术概述 572
27.2 射频前端系统架构和RF SiP方案 573
27.2.1 微基站系统射频前端架构 573
27.2.2 RF SiP封装选型 574
27.2.3 RF SiP基板层叠设计 575
27.3 基于刚柔基板RF SiP电学设计仿真 576
27.3.1 信号完整性设计和仿真 576
27.3.2 电源完整性设计与仿真 579
27.4 基于刚柔基板RF SiP的热设计仿真 581
27.4.1 封装结构的热阻网络分析 581
27.4.2 RF SiP的热性能仿真研究 583
27.5 基于刚柔基板RF SiP的工艺组装实现 587
第28章 射频系统集成SiP设计案例 589
28.1 射频系统集成技术 589
28.1.1 射频系统简介 589
28.1.2 射频系统集成的小型化趋势 590
28.1.3 RF SiP和RF SoC 592
28.2 射频系统集成SiP的设计与仿真 594
28.2.1 RF SiP封装结构设计 594
28.2.2 RF SiP电学互连设计与仿真 595
28.2.3 RF SiP的散热管理与仿真 597
28.4 射频系统集成SiP的组装与测试 598
28.4.1 RF SiP的组装 598
28.4.2 RF SiP的测试 599
第29章 基于PoP的RF SiP设计案例 602
29.1 PoP技术简介 602
29.2 射频系统架构与指标 603
29.3 RF SiP结构与基板设计 606
29.3.1 结构设计 606
29.3.2 基板设计 607
29.4 RF SiP信号完整性与电源完整性仿真 610
29.4.1 信号完整性（SI）仿真 610
29.4.2 电源完整性（PI）仿真 610
29.5 RF SiP热设计仿真 612
29.6 RF SiP组装与测试 613
第30章 SiP基板生产数据处理案例 616
30.1 LTCC、厚膜及异质异构集成技术介绍 616
30.1.1 LTCC技术 616
30.1.2 厚膜技术 617
30.1.3 异质异构集成技术 617
30.2 Gerber数据和钻孔数据 618
30.2.1 Gerber数据的生成及检查 618
30.2.2 钻孔数据的生成及比较 621
30.3 版图拼版 622
30.4 多种掩模生成 624
30.4.1 掩模生成器 624
30.4.2 掩模生成实例 626
第3部分参考资料 630
后记和致谢 632