JP2007065765A - 半導体装置の設計方法、設計支援システム及びプログラム、並びに、半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 調整対象系情報から調整対象系のインピーダンスモデルを算出し(ステップS101)、該インピーダンスモデルと設計データに基づき作成した又は予め作成されたチップモデルから半導体システム全体のモデルを導出し、電圧変動スペクトラム(調整対象値)を算出する(ステップS102)。これを制約値(電圧変動スペクトラム)と周波数領域にて比較し(ステップS103)、問題視される周波数部分があった場合には、当該周波数部分から設計変更すべき箇所の特定を行い、更に、どのように設計変更すべきか(設計指針)について決定する(ステップS104)。
【選択図】図6
Description
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報に基づいて、周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出するステップと、
周波数領域において予め定められた制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所として設計指針を決定するステップと
を備える設計方法を提供する。
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報を入力するための調整対象系情報入力部と、
前記調整対象系情報に基づいて、周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出する調整対象値算出処理部と、
周波数領域において予め定められた制約値を提供する制約値提供部と、
前記制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所とした場合の設計支援情報を決定する設計支援情報決定部と
前記設計支援情報を表示する表示部と
を備える設計支援システムを提供する。
前記所定の処理は、
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報に基づいて周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出するステップと、
周波数領域において予め定められた制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所とした場合の設計支援情報を決定するステップと、
前記設計支援情報を前記表示部に表示するステップと
を備えるプログラムを提供する。
以下、本発明の第1の実施の形態による設計方法として、図1に示される半導体システムの設計に適用した場合について説明する。
図6及び図8を比較すれば理解されるように、本発明の第2の実施の形態による設計方法は、前述の第1の実施の形態による設計方法の変形例であり、図8におけるステップS203及びS206が図6にはない点で両者は異なっている。なお、図8におけるステップS201,S202,S204及びS205は、図6におけるステップS101,S102,S103及びS104と同じである。
図11を参照すると、本発明の第5の実施の形態による設計方法は、前述の第2の実施の形態の変形例である。なお、図11におけるステップS501,S504及びS505は、図8におけるステップS201,S205及びS206と同じであり、図11におけるステップS502及びS503は、図8におけるステップS203及びS204に類似するものである。
図12及び図13を参照して、本発明の第6の実施の形態による設計方法は、第5の実施の形態による設計方法の変形例であり、ステップS602において、チップ設計データ、選択基礎情報、及び調整対象系のインピーダンスを考慮して、その都度、制約値を生成する点を除き、第5の実施の形態と同じものである。即ち、図12におけるステップS601,S603〜S605は、図11におけるステップS501,S503〜S505と同じである。
20 プリント配線基板(PCB)
22 大容量コンデンサ
24 PCB電源配線/プレーン
26 バイパスコンデンサ
28 バイパスコンデンサ
30 マルチチップパッケージ(MCP)
31 パッケージ基板
32 電源用端子(ボール)
33 スルーホール
34 MCP内電源配線
35 グランド用端子(ボール)
36 スルーホール
37 MCP内グランド配線
40 DRAMチップ
41 電源パッド
42 グランドパッド
50 コントローラチップ
110 演算部
120 主記憶
130 補助記憶
140 入力部
150 表示部
Claims (47)
- 電源パッド及びグランドパッドを有する半導体チップ、電源用端子及びグランド用端子、並びに、前記電源パッド及び前記グランドパッドと前記電源用端子及びグランド用端子との間を夫々電気的に接続する電気的経路を備える半導体パッケージにおける前記半導体チップのパワーインテグリティを目的とした設計方法であって、
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報に基づいて、周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出するステップと、
周波数領域において予め定められた制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所として設計指針を決定するステップと
を備える設計方法。 - 前記調整対象値は、当該調整対象系を複数の受動回路ブロックの組み合わせで表現することにより得られるインピーダンスモデルを想定して算出される、
請求項1記載の設計方法。 - 前記調整対象値は、周波数領域表現によるインピーダンスであり、
前記調整対象箇所は、前記電気的経路であり、
前記制約値は、既に動作確認された半導体パッケージにおける電気的経路のインピーダンスである、
請求項1又は請求項2記載の設計方法。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージのインピーダンスモデルから算出された周波数領域表現によるインピーダンス、又は、
過渡解析にて求められた前記半導体チップの前記電源パッド及び前記グランドパッド間における電圧変動波形と、既に動作確認された半導体パッケージにおける半導体チップの電源パッド及びグランドパッド間における電圧変動波形とを比較することにより算出されたインピーダンス
である、請求項3記載の設計方法。 - 前記調整対象値を算出するステップは、前記電源パッド及びグランドパッドから前記半導体チップ側を見たときの当該半導体チップの周波数領域表現による等価回路モデルであるチップモデルを前記調整対象系の前記インピーダンスモデルに接続した状態を考慮して行われる、
請求項2記載の設計方法。 - 前記チップモデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電流を供給する電流源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に並列接続してなるものである、
請求項5記載の設計方法。 - 前記電流源の電流値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値に等しい、
請求項6記載の設計方法。 - 前記半導体チップの前記等価回路モデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるチップインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電圧を供給する電圧源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に直列接続してなるものである、
請求項5記載の設計方法。 - 前記電圧源の電圧値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値と前記チップインピーダンスとの積で求められる電圧値に等しい、
請求項8記載の設計方法。 - 前記調整対象系は、前記電気的経路に加え、前記半導体パッケージが搭載されるプリント配線基板上における電気的構成要素をも含んでおり、
前記設計方法は、前記半導体チップの設計データ及び前記調整対象系情報に基づいて、前記プリント配線基板上における電気的構成要素のインピーダンスをゼロとして、前記チップモデルを作成するステップを更に備えている、
請求項5乃至請求項9のいずれかに記載の設計方法。 - 前記調整対象値は、
前記電源パッド及び前記グランドパッドにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム、又は、
前記電源パッド及び前記グランドパッドのうち前記電源パッドのみにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム
である、請求項5乃至請求項10のいずれかに記載の設計方法。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージの設計データを計算して得られた電圧変動スペクトラム、若しくは、既に動作確認された半導体パッケージを実測して得られた電圧変動スペクトラムのいずれかに設定される、又は、
前記半導体チップにおける電源電圧値の10%以下の範囲に属するように定められる、
請求項5乃至請求項11のいずれかに記載の設計方法。 - 前記調整対象値を算出するステップは、
前記半導体チップの設計データに基づいてSPICEモデルを作成するステップと、
前記調整対象系情報に基づいて該調整対象系のインピーダンスを算出するステップと、
前記SPICEモデル及び前記算出されたインピーダンスに基づいてSPICEシミュレーションを行って回路解析結果を生成するステップと、
生成された回路解析結果をフーリエ変換して前記周波数領域表現による前記調整対象値を算出するステップと
を備える、請求項1記載の設計方法。 - 予め用意された複数の基準値の中からひとつを選択するステップを更に備えており、
選択された前記基準値を前記制約値とする
請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の設計方法。 - 前記設計指針は、
前記電気的経路のインピーダンスの最適値、
前記電気的経路に含まれる配線の配線幅、配線長及び/又は配線厚の最適値、
前記電気的経路に含まれる配線の良否判定結果、
前記電気的経路の電気的長さの最適値、
前記半導体パッケージにおいて前記半導体チップを搭載するためのパッケージ基板の層数の最適値、
前記調整対象系情報を前記電気的経路に含まれる配線の配線長とした場合における前記前記配線の最小配線幅、
前記調整対象系情報を前記電気的経路に含まれる配線の配線幅とした場合における前記配線の最大配線長
の少なくとも1つである、請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の設計方法。 - 請求項15記載の設計方法によって設計した半導体パッケージであって、
前記電源用端子/前記グランド用端子に対応する所定数個の電源用パッケージ端子/グランド用パッケージ端子と、前記電源パッド/前記グランドパッドに対応する所定数個の電源用チップパッド/グランド用チップパッド、並びに、前記電気的経路に対応する所定数個の電気的接続部を備えた半導体パッケージにおいて、
前記所定数個の電気的接続部は、互いに同一形状及び同一サイズを有しており、
前記所定数個の前記電気的接続部の夫々のインピーダンスは、前記設計方法における前記設計指針に示される前記電気的経路のインピーダンスの前記所定数倍以下である
半導体パッケージ。 - 請求項15記載の設計方法において前記設計指針を前記最大配線長として設計した半導体パッケージであって、
前記電源用端子/前記グランド用端子に対応する所定数個の電源用パッケージ端子/グランド用パッケージ端子と、前記電源パッド/前記グランドパッドに対応する複数の電源用チップパッド/グランド用チップパッド、並びに、前記電気的経路の配線に対応する配線部であって前記電源パッド/前記グランドパッドと同数の配線部を備えた半導体パッケージにおいて、
前記配線部の夫々は、前記複数の電源用チップパッド/グランド用チップパッドの夫々と前記複数の電源用パッケージ端子/グランド用パッケージ端子のうちのいずれか一つとを接続するものであり、
前記電源用パッケージ端子/グランド用パッケージ端子の夫々に接続される前記配線部のうち最長のものは、当該電源用パッケージ端子/グランド用パッケージ端子に接続される前記配線部の本数を固有数とし、該固有数と前記所定数との積を特定数とした場合において、前記最大配線長の前記特定数倍以下である、
半導体パッケージ。 - 電源パッド及びグランドパッドを有する半導体チップ、電源用端子及びグランド用端子、並びに、前記電源パッド及び前記グランドパッドと前記電源用端子及びグランド用端子との間を夫々電気的に接続する電気的経路を備える半導体パッケージにおける前記半導体チップのパワーインテグリティを目的とした設計支援システムであって、
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報を入力するための調整対象系情報入力部と、
前記調整対象系情報に基づいて、周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出する調整対象値算出処理部と、
周波数領域において予め定められた制約値を提供する制約値提供部と、
前記制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所とした場合の設計支援情報を決定する設計支援情報決定部と
前記設計支援情報を表示する表示部と
を備える設計支援システム。 - 前記調整対象値算出処理部は、前記調整対象系を複数の受動回路ブロックの組み合わせで表現することにより得られるインピーダンスモデルを想定して前記調整対象値を算出する、
請求項18記載の設計支援システム。 - 前記調整対象値は、周波数領域表現によるインピーダンスであり、
前記調整対象箇所は、前記電気的経路であり、
前記制約値は、既に動作確認された半導体パッケージにおける電気的経路のインピーダンスである、
請求項18又は請求項19記載の設計支援システム。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージのインピーダンスモデルから算出された周波数領域表現によるインピーダンス、又は、
過渡解析にて求められた前記半導体チップの前記電源パッド及び前記グランドパッド間における電圧変動波形と、既に動作確認された半導体パッケージにおける半導体チップの電源パッド及びグランドパッド間における電圧変動波形とを比較することにより算出されたインピーダンス
である、請求項20記載の設計支援システム。 - 前記電源パッド及びグランドパッドから前記半導体チップ側を見たときの当該半導体チップの周波数領域表現による等価回路モデルであるチップモデルの情報を提供するチップモデル情報提供部を更に備えており、
前記調整対象値算出処理部は、前記調整対象系の前記インピーダンスモデルを前記チップモデルに接続した状態を考慮し、前記チップモデルの情報を用いて前記調整対象値を算出する、
請求項19記載の設計支援システム。 - 前記チップモデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電流を供給する電流源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に並列接続してなるものである、
請求項22記載の設計支援システム。 - 前記電流源の電流値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値に等しい、
請求項23記載の設計支援システム。 - 前記半導体チップの前記等価回路モデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるチップインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電圧を供給する電圧源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に直列接続してなるものである、
請求項22記載の設計支援システム。 - 前記電圧源の電圧値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値と前記チップインピーダンスとの積で求められる電圧値に等しい、
請求項25記載の設計支援システム。 - 前記調整対象系には、前記電気的経路に加え、前記半導体パッケージが搭載されるプリント配線基板上における電気的構成要素も含まれており、
前記チップモデル情報提供部は、
前記半導体チップの設計データを入力する設計データ入力部と、
前記設計データ及び前記調整対象系情報に基づいて、前記プリント配線基板上における電気的構成要素のインピーダンスをゼロとして、前記チップモデルの情報を作成するチップモデル情報作成部と
を備えている、
請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の設計支援システム。 - 前記調整対象値は、
前記電源パッド及び前記グランドパッドにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム、又は
前記電源パッド及び前記グランドパッドのうち前記電源パッドのみにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム
である、請求項22乃至請求項27のいずれかに記載の設計支援システム。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージの設計データを計算して得られた電圧変動スペクトラム、若しくは、既に動作確認された半導体パッケージを実測して得られた電圧変動スペクトラムのいずれかに設定されるか、
前記半導体チップにおける電源電圧値の10%以下の範囲に属するように定められる、
請求項22乃至請求項28のいずれかに記載の設計支援システム。 - 前記調整対象値算出処理部は、
前記半導体チップの設計データを入力する設計データ入力部と、
入力された前記設計データに基づいて、SPICEモデルを作成するSPICEモデル作成部と、
前記調整対象系情報に基づいて、該調整対象系のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
前記SPICEモデル及び前記算出されたインピーダンスに基づいて、SPICEシミュレーションを行って回路解析結果を生成するSPICEシミュレーション部と、
生成された回路解析結果をフーリエ変換して前記周波数領域表現による前記調整対象値を生成するフーリエ変換処理部と
を備える、請求項18記載の設計支援システム。 - 前記制約値提供部は、
複数の基準値を格納する基準値格納部と、
前記基準値格納部に格納された前記複数の基準値のうちの一つを選択する際に基礎となる情報である選択基礎情報を入力する選択情報入力部と、
前記選択情報入力部に入力された前記選択基礎情報に従い、前記基準値格納部に格納された前記複数の基準値のうちの一つを前記制約値として出力する基準値選択部と
を備える、請求項18乃至請求項30のいずれかに記載の設計支援システム。 - 前記表示部は、複数のドライブストレングス(DS)に対する複数の前記設計支援情報を比較可能な状態でまとめて表示する、
請求項18乃至請求項31のいずれかに記載の設計支援システム。 - 演算部、記憶部及び表示部を備えたコンピュータシステムにおいて前記演算部に対して所定の処理を実行させ前記コンピュータシステムを設計支援システムとして機能させるためのプログラムであって、
前記設計支援システムは、電源パッド及びグランドパッドを有する半導体チップ、電源用端子及びグランド用端子、並びに、前記電源パッド及び前記グランドパッドと前記電源用端子及びグランド用端子との間を夫々電気的に接続する電気的経路を備える半導体パッケージにおける前記半導体チップのパワーインテグリティを目的としたものであり、
前記所定の処理は、
前記半導体パッケージにおける前記電気的経路を含むが前記半導体チップは含まない調整対象系に関する調整対象系情報に基づいて周波数領域表現による前記調整対象系の調整対象値を算出するステップと、
周波数領域において予め定められた制約値と前記調整対象値を比較して、前記調整対象値が前記制約値を超えてしまうような周波数部分に対応する前記調整対象系の部位を調整対象箇所とした場合の設計支援情報を決定するステップと、
前記設計支援情報を前記表示部に表示するステップと
を備えるプログラム。 - 前記調整対象値は、当該調整対象系を複数の受動回路ブロックの組み合わせで表現することにより得られるインピーダンスモデルを想定して算出される、
請求項33記載のプログラム。 - 前記調整対象値は、周波数領域表現によるインピーダンスであり、
前記調整対象箇所は、前記電気的経路であり、
前記制約値は、既に動作確認された半導体パッケージにおける電気的経路のインピーダンスである、
請求項33又は請求項34記載のプログラム。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージのインピーダンスモデルから算出された周波数領域表現によるインピーダンス、又は、
過渡解析にて求められた前記半導体チップの前記電源パッド及び前記グランドパッド間における電圧変動波形と、既に動作確認された半導体パッケージにおける半導体チップの電源パッド及びグランドパッド間における電圧変動波形とを比較することにより算出されたインピーダンス
である、請求項35記載のプログラム。 - 前記調整対象値を算出するステップは、前記電源パッド及びグランドパッドから前記半導体チップ側を見たときの当該半導体チップの周波数領域表現による等価回路モデルであるチップモデルを前記調整対象系の前記インピーダンスモデルに接続した状態を考慮して行われる、
請求項34記載のプログラム。 - 前記チップモデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電流を供給する電流源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に並列接続してなるものである、
請求項37記載のプログラム。 - 前記電流源の電流値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値に等しい、
請求項38記載のプログラム。 - 前記半導体チップの前記等価回路モデルは、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間におけるチップインピーダンスであって周波数領域にて表現してなるものと、周波数依存性のある電圧を供給する電圧源を、前記電源パッドと前記グランドパッドとの間に直列接続してなるものである、
請求項37記載のプログラム。 - 前記電圧源の電圧値は、前記半導体チップの駆動時に前記電源パッド及び前記グランドパッドに流れると想定される電流のうち最大の電流の電流値と前記チップインピーダンスとの積で求められる電圧値に等しい、
請求項40記載のプログラム。 - 前記調整対象系は、前記電気的経路に加え、前記半導体パッケージが搭載されるプリント配線基板上における電気的構成要素をも含んでおり、
前記所定の処理は、前記半導体チップの設計データ及び前記調整対象系情報に基づいて、前記プリント配線基板上における電気的構成要素のインピーダンスをゼロとして、前記チップモデルを作成するステップを更に備えている、
請求項37乃至請求項41のいずれかに記載のプログラム。 - 前記調整対象値は、
前記電源パッド及び前記グランドパッドにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム、又は、
前記電源パッド及び前記グランドパッドのうち前記電源パッドのみにおける電圧変動を周波数領域において表現してなる電圧変動スペクトラム
である、請求項37乃至請求項42のいずれかに記載のプログラム。 - 前記制約値は、
既に動作確認された半導体パッケージの設計データを計算して得られた電圧変動スペクトラム、若しくは、既に動作確認された半導体パッケージを実測して得られた電圧変動スペクトラムのいずれかに設定されるか、
前記半導体チップにおける電源電圧値の10%以下の範囲に属するように定められる、
請求項37乃至請求項43のいずれかに記載のプログラム。 - 前記調整対象値を算出するステップは、
前記半導体チップの設計データに基づいてSPICEモデルを作成するステップと、
前記調整対象系情報に基づいて該調整対象系のインピーダンスを算出するステップと、
前記SPICEモデル及び前記算出されたインピーダンスに基づいてSPICEシミュレーションを行って回路解析結果を生成するステップと、
生成された回路解析結果をフーリエ変換して前記周波数領域表現による前記調整対象値を算出するステップと
を備える、請求項33記載のプログラム。 - 前記記憶部上には、複数の基準値が格納されており、
前記所定の処理は、前記複数の基準値のうちの一つを選択する際に基礎となる情報である選択基礎情報の入力を受け付けるステップと、該選択基礎情報に従い、前記記憶部上に格納された前記複数の基準値のうちの一つを前記制約値として選択するステップを更に備えており、
前記設計支援情報を決定するステップは、前記選択された制約値を用いて、前記設計支援情報を決定する
請求項33乃至請求項45のいずれかに記載のプログラム。 - 前記設計支援情報を決定するステップまでの一連の処理は、複数のドライブストレングス(DS)に対して実行されるものであり、
前記表示部に表示するステップは、全ドライブストレングスに関する前記設計支援情報を比較可能な状態でまとめて前記表示部に表示する、
請求項33乃至請求項46のいずれかに記載のプログラム。
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