案例研究
“仿真投资回报率的具体数值，会因项目本身以及其复杂程度的不同而有所差异。不过，我们知道大致数字是：上市进程加速70%，成本节省40%。”
——Vittorio Cuoco，Ampleon高级首席工程师
近60年来，荷兰半导体公司Ampleon始终专注于射频（RF）功率产品——这些产品正朝着体积更小、功能更复杂的方向发展。该公司的愿景是，通过各种创新射频解决方案推动社会发展，这些解决方案包括：分立器件、单片微波集成电路（MMIC）、横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）技术以及氮化镓（GAN）器件等。
挑战
Ampleon提供丰富的产品，其应用频率从广播应用的几十兆赫兹，到4G及5G基础设施市场的几千兆赫兹不等。根据应用的不同，这些产品的输出功率从几瓦到千瓦功率输出级别。
为了实现这些功率水平，需要在单一封装中集成多个大尺寸裸片。这些裸片可以是单个晶体管，也可以是集成的MMIC放大器；它们可以与其它组件（如大型金属氧化物MOS电容器）相结合，其也包含在该封装中。这些组件的作用是，在封装内部实现阻抗变换与匹配。裸片和附加组件通过键合线连接；键合线还用于将裸片连接到封装引脚，从而与外部器件相连。
键合线不仅可用于连接，它们本身也是设计元件，是阻抗转换与匹配设计的组成部分。因此，准确预测其多物理场行为及其与裸片和封装引线的相互作用，对于优化器件性能很关键，是一大挑战。
此外，为了缩小器件尺寸，需要在有限空间内集成更多组件，这就会导致温度升高。于是，确保温度及高温环境下的机械应力值保持在可靠性允许范围内，成为了另一项挑战。
在Ampleon的电磁和多物理场设计流程中，会在原理图层面执行一级仿真，然后在Ansys RaptorX™中对生成的版图进行仿真，以便为新的原理图仿真创建S参数块。版图将被导入到Ansys Electronics Desktop™中的Ansys Mechanical 中，执行系统级多物理场仿真。
工程解决方案
Ampleon工程师使用Ansys Electronics Desktop平台，进行电磁、热和结构仿真，用于分析并优化封装集成器件以及完整系统在实际工作条件下的电磁性能。此外，该平台还可用于电-热-结构多物理场耦合流程，其中热求解器会将电磁求解器计算的损耗用作载荷；反过来，结构求解器又会将这些结果用作载荷。有时，会使用电磁场电路协同仿真来考虑实际的负载和工作条件。
需要更高级的材料或仿真模型时，Ampleon工程师还会使用Ansys结构仿真解决方案。在这些情况下，仿真集成是通过Workbench接口实现的。Workbench平台可帮助Ampleon工程师将结构仿真结果反馈给电磁求解器，并计算热引起的变形对其产品电磁性能的影响。
Ampleon工程师不仅可使用Icepak软件来研究并优化封装、电路板和系统层面的散热方法，而且还可使用RaptorX软件来优化先进MMIC产品的电磁性能。
使用Ansys Electronics Desktop™执行电磁仿真，可帮助Ampleon确定减少封装器件输入输出耦合的措施。这种耦合通常是由于输出端的导线产生的磁场通过输入端导线而引起的。一个合理的解决方案是，在晶体管侧添加“屏蔽”导线，以减少外泄磁场。这项获得了专利的解决方案，可显著减少耦合。
使用Ansys Electronics Desktop™软件执行电磁仿真，可帮助Ampleon工程师优化印刷电路板设计，以确保磁场分布均匀。
优势
通过使用Ansys仿真，Ampleon能够优化其产品的运行效率，确保输出功率与消耗功率之间保持合理比例。这可帮助客户节省能源开销，为更具可持续性的未来提供有力支持。
此外，系统级仿真还可帮助Ampleon研究并解决热量热点或高应力值引起的潜在可靠性问题。如果能够在设计阶段的早期就完成这些工作，公司就能避免代价高昂且耗时的重新设计，从而降低成本并加快产品上市。
Ampleon高级首席工程师Vittorio Cuoco表示：“Ansys工具实现了精确的电磁及多物理场仿真，是应对这些多尺度挑战（涵盖芯片、封装、电路板及散热块）的必备工具。”
Ansys多物理场仿真可帮助Ampleon工程师直观地看到系统层面的温度分布，并确保温度值保持在安全限值内。
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