Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1917
Main Title: Physikalischer Entwurf für die vertikale SiP Integration
Translated Title: Physical Design for vertical SiP Integration
Author(s): Polityko, Dmitry David
Advisor(s): Reichl, Herbert
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Sowohl der Entwurf als auch die Realisierungstechnologie für eine vertikale Systemintegration sind neue und herausfordernde Felder im Bereich der Mikroelektronik. Während vielfältige technologische Lösungen für die vertikale Integration auf dem Markt vorhanden sind, mangelt es an Entwurfswerkzeugen für die räumlich integrierte Elektronik. Die vorliegende Arbeit behandelt die Einbindung der vertikalen Integrationstechnologien in den physikalischen Entwurf am Beispiel von gefalteten und gestapelten Systems-in-Package (SiPs). Dafür wird eine entwurfsorientierte Beschreibung in Form von geometrischen Modellen und Parametern dieser vertikalen SiP-Technologien geschaffen. Ferner wird der physikalische Entwurf als Teil des Designprozesses beginnend bei der Fertigstellung des Schaltplanes auf die Belange der 2,5D-Integration adaptiert und optimiert. Die Verifikation der Modelle erfolgt durch die praktische Anwendung der Methoden der mehrkriteriellen Optimierung sowohl für die Platzierungs-Automatisierung als auch für die parametrisierte Auswahl der Integrationstechnologie mit realen Schaltungsbeispielen und ihrer Auswertung. Die Anwendung dieses neuartigen Entwurfsansatzes mit einer simultanen Behandlung mehrerer Entwurfskriterien nicht nur auf den AVT-Entwurf, sondern auf alle Felder des modernen Elektronikdesigns bildet den Ausblick für die wissenschaftlich-technische Anschlussfähigkeit der Arbeit. Die der Arbeit zu Grunde liegende theoretische Kernthese, dass eine effiziente entwurfsorientierte Beschreibung des technologischen Wissens über die vertikale SiP-Integration in Form von Parametern und geometrischen Modellen möglich ist, wurde durch die in der Arbeit erzielten praktische Ergebnisse belegt. Nicht nur eine modellhafte Erfassung der integrationstechnologischen Gestaltung der Bestandteile von 2,5 D SiP, sondern auch die Abbildung des Designerwissens über die Constraints und eine Einbindung der erarbeiteten Erkenntnisse in das mehrkriterielle Entwurfswerkzeug 3D SiP-Expert wurden verifizierbar demonstriert. Die gesetzten Ziele der Arbeit – Modellentwicklung, Constraintaufstellung sowie Verifikation und Anwendung in einem mehkriteriellen Entwurfsverfahren – sind damit erreicht. Die im theoretischen Teil der Arbeit aufgestellte Modellierung, die SiP Bestandteile inklusive der technologisch bedingten Abstände, Sperrräume sowie Platzierungsrestriktionen als dreidimensionale Objekte dynamisch beschreibt, wurde im praktischen Teil experimentell verifiziert. Gemeinsam mit den entwickelten Regeln (Constraints) wurde das Modell im Entwurfsprogramm 3D SiP Expert praktisch angewendet, das eine neue entwickelte, auf den Prinzipien der mehrkriteriellen Optimierung basierende Entwurfsmethode, verifizierbar umsetzt. Die aufgestellte Modellierung und die entwickelte Entwurfsmethodik leisten sowohl im technologischen als auch im konstruktiven Bereich einen Beitrag zur Etablierung des SiP-Integrationsansatzes. Die Automatisierung der Komponentenplatzierung, die Absicherung der funktionalen Rahmenbedingungen und vor allem ein kriterienbasierter Vergleich der verschiedenen Integrationsalternativen noch vor der Realisierung von Prototypen kennzeichnen den Nutzen, der aus den Arbeitergebnissen entsteht. Damit werden insgesamt nicht nur die Entwicklungszeiten im 2,5D SiP Design verkürzt und die Effektivität der Entscheidungen gesteigert, sondern auch die Qualität des Entwurfergebnisses verbessert.
Design and integration technologies for vertical system integration are new and challenging fields in the microelectronic area. While there are manifold technological solutions for vertical integration on the market, there is still a lack of design tools for three dimensional integrated electronics. This PhD dissertation deals with linking technological expert knowledge for vertical integration into the physical design based on an example of folded and stacked Systems-in-Package (SiP). Therefore, the design aware description of these technologies is created, being formally presented as geometrical model and parameters. Furthermore, the phase of physical design within design process, which starts with finalized schematic, is structured, adopted and optimized for 2,5D issues. Using the multicriteria optimisation methods, the models are verified by practical application for placement automation of the components and for parameterised technology selection during the design of real hardware examples. The novel physical design approach treating numerous design criteria simultaneously is developed and in perspective can also be extended to other disciplines of microelectronic designs beyond SiP, such as IC- or PCB-Design. Achieved results confirm the core thesis of this work, stating that expert knowledge about the vertical SiP integration technology can be formally formulated as a model and effectively applied to the design environment. Capturing of the technological behaviour of 2,5D SiP parts and the mapping of schematic specific constraints have been verified by the embedding into the multicriteria design tool 3D SiP-Expert. All targeted goals of the PhD thesis have been achieved: technological model definition, constraints set development, their verification and application within multicriteria optimisation software. In the theoretical part of the thesis, developed technological geometry model describes all SiP parts as dynamical three dimensional objects, which also include technology-dependent spacing and placement restrictions. The model is experimentally proven in the practical part of the thesis. The suitability of the model and constraints set for the novel design method is also demonstrated in the practical section by the implementation and successful usage in the prototypical software 3D SiP-Expert, which is based on the mulicriteria optimization principals. The developed model and design methods contribute to technological and to design areas for further establishing of a SiP-integration approach. Components placement automation, securing of functionality constraints and especially criteria based comparison and selection of integration alternatives in early design phase allow avoiding hardware prototypes realization are the benefiting outcomes of the thesis. The results allow design time reduction, increase of designer decisions efficiency and enhancement of design quality for 2,5D SiP.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-19128
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2214
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1917
Exam Date: 27-Jun-2008
Issue Date: 29-Jul-2008
Date Available: 29-Jul-2008
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): 5D Platzierung
Automatische 2
Geometrische Modellierung
Physikalischer Entwurf
System-in-Package
Vertikale Integration
2.5D placement automation
Geometrical model
Physical design
System-in-Package
Vertical integration
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Publications

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