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ANSYS BLOG

December 18, 2020

系统级电磁仿真:触手可及

数字革命给工程团队带来了巨大压力,因为现在需要他们迅速开发出新的高性能印刷电路板(PCB)和芯片封装。然而,随着数据速率继续呈指数级增长,设计尺寸不断变小、输出越来越大,不连续性和多余信号耦合导致了信号性能下降低的概率增加。因此,尽管面临重重市场压力,但设计验证也不可松懈。

利用Ansys HFSS,只需34小时就能生成并求解这个复杂PCB封装的3D模型

过去,验证端到端的系统级性能,会涉及一系列组件级电磁(EM)仿真。例如,工程师开展仿真以确认单个球栅阵列(BGA)封装(从焊接凸点到焊球)的信号完整性,或确认从集成电路(IC)封装到走线,再到连接器封装的信号完整性。在完成系统各个部分的仿真和验证后,再将其装配成一个物理原型。

但是,这种级连方法,存在一些问题。首先,该方法非常耗时,通常会延迟产品发布日期。其次,由部件集成和其他系统级问题引起的信号不连续性,只有在原型阶段才能发现,从而导致与返工相关的高昂成本和额外延迟。

在过去,这种顺序方法对半导体制造商而言,是产品研发的一个重大障碍。然而,过时的仿真方法、计算资源、处理速度和工程方法,使工程师只能使用这种顺序的组件级方法。
 

利用现有工具,充分发挥快速系统级电磁仿真的作用

好消息是,Ansys HFSS仿真软件,已能够支持PCB和芯片封装的快速系统级虚拟原型设计。与当今弹性云计算资源、更快的处理核心、快速数据传输速度等创新技术相结合,HFSS正在加快电磁(EM)仿真速度。

可能许多客户暂时还不了解HFSS中的系统级仿真功能,但半导体行业的领导者,早已利用HFSS,将复杂产品的电磁仿真运行速度提高10-12倍。对于现有的Ansys 2020 R2客户来说,要实现这种速度提升,其实无需进行额外的软件投资。工程团队只需利用我们30多年所积淀下来的最佳实践,在优化的技术环境下充分使用最新HFSS解决方案的完整功能就可以了。  

例如,假设有一个PCB设计,涉及包括安装在SODIMM板上的8个双层触发器BGA封装,并插入安装在主板上的连接器。总共要仿真64个网络,定义128个端口。

Ansys HFSS提供的系统级功能,将所有封装组件整合在统一互联的3D模型中,取代了速度缓慢、过时的级连电磁仿真方法

如果采用过去的组件级线连方法,验证这种复杂的产品设计及其所有集成点和组件,将花费数周时间。但是,如果以系统级的最佳实践方式应用HFSS,仅需34小时,就能生成并求解这种大型PCB模块的完整3D模型。

这是目前电子企业需要实现的速度和性能水平,而且对于在使用Ansys 2020 R2的工程团队来说,这很容易实现。利用HFSS中的系统级功能,企业可以开发出更复杂的设计,进行各种尝试与创新。与以往的验证方法相比,这还可以大幅节省研发时间与成本。
 

简化PCB装配流程,避免生产意外

HFSS率先在无风险的仿真环境下,实现了所有PCB和芯片封装组件的虚拟装配与验证。这款易于使用的解决方案,可以实现直接读取电气计算机辅助设计(ECAD)布局,包括电路板、封装、连接器和单列直插式封装(SiP),然后对它们进行虚拟装配。此外,HFSS还能导入机械结构(MCAD)元素,包括其边界条件、端口激励和材料属性。

工程团队可以在虚拟设计空间(包括MCAD和ECAD)中,快速求解全耦合系统,在返工成本最低的早期阶段把控系统级性能。这样,HFSS不仅能简化系统装配和物理原型设计流程,还有助于避免后期的制造问题、产品召回和质保索赔。

因为HFSS与其他Ansys解决方案紧密相连,完成求解的模型可以无缝传递到其他Ansys求解器,以开展进一步分析。热和结构求解器有助于确保最终产品封装的热效应得到管理,并针对现实环境条件进行设计。这种紧密集成,让产品研发团队能够充分发挥Ansys 50多年来在多个物理领域的工程仿真的领先技术经验沉淀。

用户还可以利用提供的多种资源来了解并运用HFSS的系统级功能,其中包括各种免费的点播式Ansys创新课程以及Ansys大学(ALH)提供的针对性电磁仿真培训(Ansys大学全天提供三种不同的HFSS 3D Layout在线课程)。此外,Ansys客户还可以联系他们的客户团队或随时访问在线支持,获取支持。

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