Диссертация (1090013), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Необходимо отметить, что кристалл переворачивается имонтируется объемными выводами на контактные площадки верхнего слоякорпуса с высвобождением в покрытии диэлектрической маской.3.1.7 Вращение физических уровней интерфейсовСуществует практика использования в кристалле готовых IP-блоковфизических уровней современных интерфейсов. Расположение выводов внутри112физического уровня изменять нельзя, так как оно задано изготовителем.Принимая во внимания технологические ограничения или оптимизациютрассировки корпуса возможно лишь вращение физических уровней.
Кпримеру, если обязательным требованием является общее направлениеполикремния в кристалле, то используется вращение физического уровня длясоответствия этому направлению. Пример вращения физических уровнейинтерфейсов микросхемы показан на рисунке 3.1.7. На этом рисунке 3.1.7(а)представлены выводы физического уровня интерфейса CEI x4 для каналаввода-вывода микросхемы процессора Эльбрус-8С (1891ВМ10Я).Рис.3.1.6.
Трассировка слоя корпуса (в,г) при вращениях физического уровня,выводы физического уровня (а) и размещение физических уровней (б).На рисунке 3.1.7(б) представлено размещение на верхнем слое корпусадвух рядом стоящих физических уровней. Между ними располагаютсянеиспользуемые выводы «dummy», при помощи которых поддерживаетсятребуемая плотность выводов на кристалле. При таком размещении физическихуровней трассировка от сигнальных выводов только на верхнем слое корпусазатруднена, так как трассам мешают выводы «dummy». Выполнениетрассировки на внутреннем слое показано на рисунке 3.1.7(в) с возвратом наверхнийслойчерезпереходныеотверстия.Переходныеотверстиявысокочастотных интерфейсов СЕI сопровождаются отверстиями земли.113Поворот физических уровней, как это показано на рисунке 3.1.7(г), позволяетпровести трассировку интерфейса только на внешнем слое корпуса.3.2 Применение средств проектирования корпуса микросхемыДля планирования периферии кристалла и трассировки корпуса в последнеевремя разрабатываются и совершенствуются различными производителями,например, Cadence Design Systems, Inc.
или Gems Package Design Inc., средстваавтоматизации проектирования. Одним из первых вариантов таких средствавтоматизации проектирования, являются средства из состава системыавтоматизации проектирования «ЛВВ». Эти средства обеспечивают маршрутпроектирования, который представлен на рисунке 3.2.1.Рисунок 3.2.1. Маршрут проектирования корпуса микросхемы процессора.114Поддержкаэтогомаршрутаиегоуспешноевнедрениевпроцесспроектирования со снижением затрат на приобретение и поддержку покупныхсредств проектирования связанны с внедрением средств проектирования изсостава системы автоматизации проектирования «ЛВВ», разработанной сучастием автора работы.
С применением этой системы разработан методформирования топологического рисунка коммутационной платы корпуса.Использование анализа этого рисунка совместно с планированием выводовкристалла и корпуса является отличительной особенностью применения«ЛВВ». Для выполнения топологической трассировки использовался «методсвободного стиля» из средства проектирования TopoR (Topological Routing),являющегосяроссийскойразработкой[53].Присозданиисредствпроектирования из состава «ЛВВ» для микросхем процессоров со сборкойметодомперевернутогокристаллаучтенапрактикаконструкторско-технологической разработки микросхем со сборкой методом проводногомонтажа.3.2.1 Функциональность и состав средств проектированияДля поддержки представленного маршрута проектирования «ЛВВ»позволяет решить следующие задачи: подбор и/или создание матричного корпуса для заданного кристалла; назначение сигналов выводам корпуса; создание периферии кристалла и контактных выводов; размещение кристалла в матричном корпусе; назначение выводов кристалла к выводам корпуса; оптимизацию размещения периферии кристалла для выбранного корпуса; выделение различных зон земли/питания в корпусе; построение соединений с учетом ограничений для трассировки корпуса; создание сегментов металлизации корпуса для земли/питания; проверку правил проектирования и визуализация нарушений;115 выдачу документации для изготовления элементов корпуса.Учитывая традиционное распределение этих задач между специалистами,целесообразно разделение функциональности, выделив из состава «ЛВВ» наборсредств проектирования FCPacker, представленный на рисунке 3.2.2 [54].Рисунок 3.2.2.
Набор средств проектирования FCPacker.Разработка коммутационной платы корпуса состоит из этапов созданияэлектрической схемы, размещения кристалла и трассировки. В свою очередь,трассировка коммутационной платы может быть разделена на описанные нижеэтаптрассировкиуходом(escaperouting)из-подкристалла,этаптопологической трассировки (topological routing) и этап детальной трассировки(detailed routing) с соблюдением технологических норм для высокой плотноститрасс [55]. Поддержка этапов создания электрической схемы с размещениемкристалла, а также этапа трассировки уходом реализованы в менеджереназначения.
Выполнение этапа топологической трассировки и этапа детальнойтрассировки обеспечивается редактором коммутационной платы. Разработкапростых механических конструкций корпуса в FCPacker не предусмотрена.1163.2.2 Средства проектированияВразличныхмаршрутахпроектированиякорпусмикросхемыпредставляется таблицей выводов (матрицей корпуса). Редактор матрицыкорпуса предназначен для разработки представления микросхемы припроектировании материнской многослойной печатной платы и модуля на еёоснове до выпуска проектируемой микросхемы.
С помощью редактора можносформировать матрицу выводов корпуса, создать группы интерфейсныхсигналов, а также назначить сигналы на выводы микросхемы с учетомминимизации количества слоев материнской платы и выполнения требованийцелостности сигналов. Выходные данные редактора матрицы корпусаиспользуются как для маршрута проектирования материнской печатной платы,так и для разработки коммутационной платы корпуса.Планировщикпериферийныхвыводовэлементовкристаллаввода/выводапредназначенкристалладляразмещения(I/Ocells)исоответствующих им контактных площадок под выводы кристалла (bump pads),включая выводы земли и питания. При размещении контактных площадокиспользуются заранее подготовленные шаблоны расположения выводов (bumppatterns) относительно периферийных элементов.
Их примеры представлены нарисунке 3.2.3.Рисунок 3.2.3. Примеры возможных вариантов шаблонов.Существуютвозможностиавтоматическойрасстановкиконтактныхплощадок согласно выбранным шаблонам для всего кристалла или только вуказанной области. В процессе выполнения этих операций планировщикпозволяет выполнить автоматическую проверку результатов в соответствии с117заданными правилами проектирования. Выходные данные планировщикаиспользуются как для выполнения других этапов проектирования кристалла вцелом, так и для разработки корпуса микросхемы.Менеджерсоответствияпроизвольномназначениямеждусигналоввыводамиразмещениинаиспользуетсякристалловидлявыводамикоммутационнойплатеустановлениякорпусакристалловприикомпонентов навесного монтажа и их вращении относительно центра.Результат его работы представляется в виде диаграммы назначения.
Примердиаграммы назначения с одним кристаллом и несколькими конденсаторамиприведён на рисунке 3.2.4.Рисунок 3.2.4. Диаграмма назначения в окне менеджера назначения.С помощью менеджера назначения можно в автоматическом и ручномрежимах создать соединения между выводами кристалла и выводами корпуса,выделить различные секторы земли/питания и провести автоматическуютрассировку уходом. Такая трассировка выполняется от контактных площадокпод выводы кристалла до точек на слоях коммутационной платы вне контуракристалла (точек ухода, escape points).
Для этого используются заранееподготовленные шаблоны трасс ухода (escape patterns) для рядов выводовкристалла или целого интерфейсного блока. Также имеется возможность118создать шаблоны трасс ухода и точки ухода от выводов корпуса подкристаллом, что используется почти во всех проектах микросхем многоядерныхпроцессоров. Точки ухода для выводов корпуса и автоматизация ихприменения являются отличительной особенностью FCPacker от аналогов.Пример шаблона трасс и точек ухода как для выводов кристалла, так и длявыводов корпуса показан на рисунке 3.2.5.Рис.3.2.5. Выводы кристалла и элементы корпуса с трассами ухода.В случае проведения трассировки уходом соединения будут создаватьсямежду точками ухода, точками ухода и выводами кристалла и корпуса.Диаграмма назначения позволяет оценить связанность выводов кристалла икорпуса, внести необходимые коррективы в размещение периферийныхэлементов и выводов кристалла и подобрать оптимальные трассы ухода, чтобыминимизировать количество слоев коммутационной платы и выполнитьтребования целостности сигналов.
Выходными данными менеджера назначенияявляются расположение всех компонентов в корпусе, список соединений итрассы ухода. Кроме того, промежуточными выходными данными могут бытьзадания для топологической трассировки отдельных слоев коммутационнойплаты или сегментов слоя, выполняемой в средстве проектирования TopoR.119Редактор коммутационной платы предназначен для детальной трассировкикоммутационной платы корпуса. С его помощью можно в ручном режимесоздать трассы заданной ширины и под заданными углами, выполнитьмежслойные переходы, нарезать сегменты земли/питания.
Возможно провестиполуавтоматическое выравнивание трасс согласно требованиям к интерфейсам,а также выполнить заливку свободных участков слоёв металлом и расставитьвентиляционные отверстия. В процессе выполнения этих операций возможноосуществлятьпроверкутехнологическихнорм,заданныхправиламипроектирования. Существует и возможность создать 3D модели областейкоммутационной платы для их детальной визуализации и диагностики ошибокпроектирования. Выходной информацией редактора коммутационной платыявляются файлы послойной топологии и файлы переходных отверстий дляпоследующего изготовления коммутационной платы.3.2.3 Метод формирования и оценки топологических рисунковРазмещение контактных площадок на кристалле и трассировка уходом отних на коммутационной плате хоть и имеют различные реализации в разныхсистемах проектирования, но всё же являются общепринятыми методами.
В тоже время, использование топологической трассировки слоёв коммутационнойплаты в промышленных средствах проектирования является новым методом.Впервые эта задача сформулирована в работе [56]. Для выполнения требованийцелостности сигналов трассировка от каждой точки ухода до окрестностисоответствующего вывода корпуса должна выполняться без межслойныхпереходов (vias). В работе [56] также представлен и алгоритм топологическойтрассировки, но без достаточной оценки качества топологического рисунка вкаждом сигнальном слое, что является необходимым условием использования впромышленных средствах проектирования.Во многом топологический рисунок является дополнением диаграммыназначения и больше подходит для планирования трассировки коммутационной120платы корпуса при сборке методом перевернутого кристалла (flip-chip).Традиционнодиаграмманазначенияиспользоваласьдляпланированияпроводных соединений, используемых при сборке микросхем методомпроводного монтажа (wires bonding) [57].
Пример диаграмм назначения дляпланирования проводных соединений показан на рисунке 3.2.6.Рис. 3.2.6 Диаграммы проводного монтажа:а) с одним кристаллом,б) с двумя кристаллами.С целью минимизации взаимных перекрестных наводок сигналов притехнологическом ограничении на зазоры между трассами предложен методформирования и оценки топологической трассировки коммутационной платыкорпуса. Разработанный метода включает следующие этапы: размещение кристалла в корпусе микросхемы процессора; формирование трасс ухода от выводов кристалла до точек ухода; формирование трасс ухода от выводов корпуса до точек ухода; выполнение топологической трассировки на каждом слое между точкамиухода одноименных трасс сигналов; оценка топологических слоев, включающих трассы сигналов.121Для оценки топологических слоев корпуса с трассами сигналовцелесообразно выделить следующие критерии: минимум числа пересечений трасс; наличие или отсутствие пересечений при существовании оптимальногорешения; минимум суммарной длины всех соединений; равномерность распределения трасс в заданном сегменте коммутационнойплаты.Все перечисленные критерии вместе могут и не выполняться, поэтому дляоценки качества трассировки, как правило, применяют доминирующийкритерий.Этоткритерий,какправило,обеспечиваетвыполнимостьтрассировки только одной сигнальной группы в заданной зоне слоя корпуса.3.2.4 Результаты топологической трассировкиТопологические рисунки позволяют провести эффективное распределениетрассировочного ресурса корпуса для соединений диаграммы назначения [58].Пример однослойного топологического рисунка представлен на рисунке3.2.7 а),которомусоответствуетзавершеннаятрассировкаслоякоммутационной платы корпуса на рисунке 3.2.7 б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
