En la ingeniería electrónica , una regla de diseño es una restricción geométrica impuesta a los diseñadores de placas de circuitos , dispositivos semiconductores y circuitos integrados (IC) para garantizar que sus diseños funcionen correctamente, de manera confiable y se puedan producir con un rendimiento aceptable. Las reglas de diseño para la producción son desarrolladas por ingenieros de procesos en función de la capacidad de sus procesos para realizar la intención del diseño. La automatización del diseño electrónico se utiliza ampliamente para garantizar que los diseñadores no violen las reglas de diseño; un proceso llamado verificación de reglas de diseño ( DRC ). DRC es un paso importante durante la aprobación de la verificación físicaen el diseño, que también incluye comprobaciones de LVS ( diseño versus esquema ), comprobaciones de XOR, ERC ( comprobación de reglas eléctricas ) y comprobaciones de antena. La importancia de las reglas de diseño y la DRC es mayor para los circuitos integrados, que tienen geometrías a micro o nanoescala; para procesos avanzados, algunas fábricas también insisten en el uso de reglas más restringidas para mejorar el rendimiento.
Reglas de diseño
Las reglas de diseño son una serie de parámetros proporcionados por los fabricantes de semiconductores que permiten al diseñador verificar la exactitud de un conjunto de máscaras . Las reglas de diseño son específicas de un proceso de fabricación de semiconductores en particular. Un conjunto de reglas de diseño especifica ciertas restricciones geométricas y de conectividad para garantizar márgenes suficientes para tener en cuenta la variabilidad en los procesos de fabricación de semiconductores, a fin de garantizar que la mayoría de las piezas funcionen correctamente.
Las reglas de diseño más básicas se muestran en el diagrama de la derecha. Las primeras son las reglas de una sola capa. Una regla de ancho especifica el ancho mínimo de cualquier forma en el diseño. Una regla de espaciado especifica la distancia mínima entre dos objetos adyacentes. Estas reglas existirán para cada capa del proceso de fabricación de semiconductores, con las capas más bajas con las reglas más pequeñas (típicamente 100 nm a partir de 2007) y las capas metálicas más altas con reglas más grandes (quizás 400 nm a partir de 2007).
Una regla de dos capas especifica una relación que debe existir entre dos capas. Por ejemplo, una regla de cerramiento podría especificar que un objeto de un tipo, como un contacto o vía, debe estar cubierto, con algún margen adicional, por una capa de metal. Un valor típico a partir de 2007 podría ser de unos 10 nm.
Hay muchos otros tipos de reglas que no se ilustran aquí. Una regla de área mínima es lo que implica el nombre. Las reglas de la antena son reglas complejas que verifican las proporciones de las áreas de cada capa de una red en busca de configuraciones que puedan resultar en problemas cuando se graban las capas intermedias. Existen muchas otras reglas similares y se explican en detalle en la documentación proporcionada por el fabricante de semiconductores.
Las reglas de diseño académico a menudo se especifican en términos de un parámetro escalable, λ , de modo que todas las tolerancias geométricas en un diseño pueden definirse como múltiplos enteros de λ . Esto simplifica la migración de diseños de chips existentes a procesos más nuevos. Las reglas industriales están más optimizadas y solo se aproximan a una escala uniforme. Los conjuntos de reglas de diseño se han vuelto cada vez más complejos con cada generación posterior de proceso de semiconductores. [ cita requerida ]
Software
El objetivo principal de la verificación de reglas de diseño (DRC) es lograr un alto rendimiento general y confiabilidad para el diseño. Si se violan las reglas de diseño, es posible que el diseño no sea funcional. Para cumplir con este objetivo de mejorar el rendimiento de los troqueles, DRC ha evolucionado desde una medición simple y verificaciones booleanas hasta reglas más complejas que modifican las características existentes, insertan nuevas características y verifican todo el diseño para detectar limitaciones del proceso, como la densidad de capa. Un diseño completo consta no solo de la representación geométrica del diseño, sino también de los datos que brindan soporte para la fabricación del diseño. Si bien las verificaciones de las reglas de diseño no validan que el diseño funcionará correctamente, se construyen para verificar que la estructura cumpla con las restricciones del proceso para un tipo de diseño y tecnología de proceso determinados.
El software DRC generalmente toma como entrada un diseño en el formato estándar GDSII y una lista de reglas específicas para el proceso de semiconductores elegido para la fabricación. A partir de estos, produce un informe de violaciones de las reglas de diseño que el diseñador puede optar por corregir o no. A menudo se usa "estirar" cuidadosamente o omitir ciertas reglas de diseño para aumentar el rendimiento y la densidad de los componentes a expensas del rendimiento.
Los productos DRC definen reglas en un lenguaje para describir las operaciones necesarias que se deben realizar en DRC. Por ejemplo, Mentor Graphics usa el lenguaje Standard Verification Rule Format (SVRF) en sus archivos de reglas DRC y Magma Design Automation usa un lenguaje basado en Tcl . Un conjunto de reglas para un proceso en particular se conoce como un conjunto de ejecución, un mazo de reglas o simplemente un mazo.
DRC es una tarea muy intensa desde el punto de vista computacional. Por lo general, las verificaciones de DRC se ejecutarán en cada subsección del ASIC para minimizar el número de errores que se detectan en el nivel superior. Si se ejecuta en una sola CPU, los clientes pueden tener que esperar hasta una semana para obtener el resultado de una verificación de reglas de diseño para diseños modernos. La mayoría de las empresas de diseño requieren que el DRC se ejecute en menos de un día para lograr tiempos de ciclo razonables, ya que es probable que el DRC se ejecute varias veces antes de completar el diseño. Con la potencia de procesamiento actual, los DRC de chip completo pueden funcionar en tiempos mucho más cortos, tan rápido como una hora, dependiendo de la complejidad y el tamaño del chip.
Algunos ejemplos de DRC en diseño de circuitos integrados incluyen:
- Espacio activo a activo
- Bien a bien espaciado
- Longitud mínima del canal del transistor
- Ancho mínimo de metal
- Espaciado de metal a metal
- Densidad de relleno de metal (para procesos que utilizan CMP)
- Densidad polivinílica
- Reglas de ESD y E / S
- Efecto de antena
Comercial
Los principales productos en el área de la República Democrática del Congo de EDA incluyen:
- Sistema de diseño avanzado DRC de escritorio de PathWave Design ( Keysight Technologies, anteriormenteladivisión EEsof EDA de Agilent )
- Calibre por Mentor Graphics
- Diva , DRACULA , Assura , PVS y Pegasus de Cadence Design Systems
- Hercules y IC Validator de Synopsys
- Guardián de Silvaco
- HyperLynx DRC Free / Gold de Mentor Graphics
- PowerDRC / LVS de POLYTEDA LLC
- Quartz de Magma Design Automation
Software libre
- Sistema de diseño eléctrico VLSI http://www.staticfreesoft.com/
- KLayout https://klayout.de/
- Magia http://opencircuitdesign.com/magic/
- Alliance: un sistema VLSI / CAD gratuito https://www-soc.lip6.fr/equipe-cian/logiciels/alliance/
- Qflow: un flujo de síntesis digital de código abierto http://opencircuitdesign.com/qflow/
- Microwind: un sistema CAD de diseño educativo https://www.microwind.net/
- Opensource 130nm CMOS PDK de Google y tecnología SkyWater. Fundición https://github.com/google/skywater-pdk
Referencias
- Manual de Automatización de Diseño Electrónico para Circuitos Integrados , por Lavagno, Martin y Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 Un estudio del campo, del cual se derivó parte del resumen anterior, con permiso.