多年来，规划人员一直在仿真中考虑封装寄生效应package parasitics 的影响，从运用简略的一阶模型（如抱负电感+电阻）到更杂乱的spice梯形网络，终究到运用三维电磁仿真器充沛提取封装的s参数。关于封装加PCB通道，现在最常用的办法是将封装和电路板作为s参数或宽带SPICE模型独登时提取出来，并在电路仿真器中结合这两种模型。但由于作业频率高、信号速度快、集成器材杂乱等要素，这种办法的局限性越来越大。

　　封装与PCB（或封装与电路）之间的耦合对功用有着不行忽视的影响。完结杂乱封装和PCB，或封装和电路的仿真有几个应战:电磁求解器的容量和精度，主动化，易用性，可接受的仿真时刻。

　　PCB和封装规划人员深知在更高层次的体系仿真中，提取其准确的规划模型是多么重要。选用三维全波电磁仿真和主动自适应网格区分计划，可供给提取全波s参数模型所需的精度水平。但是，规划人员在测验运用三维电磁仿真来处理杂乱的规划时面临着一些应战，如图1所示。电路板和封装器材一般选用电子规划主动化（EDA）东西进行规划，需求引进到三维电磁仿真东西中。这些规划包含多个介质层、电源和接地层、信号层、很多过孔（与焊盘界说相关）和键合线。

　　榜首个应战是从EDA东西中导入数据库，但不包含应用于规划的手动修正，但要保存盯梢、焊盘、焊线、网络和引脚的数据库信息。导入几许体后，其他仿真模仿设置（例如，端口界说）需求易于运用，防止耗时的工程作业，并为非专业用户供给可拜访性。终究，三维电磁仿真东西需求强壮的网格、求解器和高功用核算功用，以将仿真时刻缩短到可接受的水平，一起供给准确度。本文具体介绍了一种用ANSYS®HFSS™3D Layout进行整合了封装和PCB电路板的三维电磁仿线. PCB电路板的封装：（a）3/4视图（b）侧视图

　　榜首个立异是为Ansys HFSS供给代替接口，Ansys HFSS是进行三维全波电磁仿真、精度和速度的黄金规范东西，适用于具有分层结构和规划的流程。规划条目是一个二维布局，具有用于创立三维结构的相关叠层界说（图2）。

　　此接口类似于电路板和封装规划人员在经典EDA流程中运用的接口。经过读取*.brd、*.mcm、*.sip或ODB++，能够导入完好的数据库规划。一切信息，制图图元drawing primitives、网络、焊盘padstack、焊线bondwire和仓库界说stack-up都在3-D布局界面中转化。此外，保护绘图原语答应界说参数，如轨道宽度，这在简略多边形中是不行能的。一旦导入之后，能够经过挑选感兴趣的网格或运用多边形指定区域来裁剪布局的一部分。运用*.brd文件导入整个PCB电路板，然后经过挑选几个网络创立一个裁剪规划。运用*.MCM文件导入完好的封装，然后经过挑选感兴趣的网络创立一个切开规划。

　　图3显现了封装和PCB电路板的俯视图。请注意，封装和PCB电路板并不具有相同的叠层，假如您想在一次仿真中将PCB电路板和封装结合起来，这或许会是一个应战。HFSS3D layout支撑层次结构，这意味着您能够经过简略的仿制/张贴将具有不同仓库的两个规划组合起来。

　　此外，保护制图图元答应界说参数，例如轨道宽度，这在简略多边形中是不行能的。导入后，能够经过挑选感兴趣的网络或运用多边形指定区域来剪切布局的一部分。运用*.brd文件导入整个PCB电路板，然后经过挑选几个网络创立一个被取舍过的部分规划。运用*.mcm文件导入完好的包，然后经过挑选感兴趣的网络创立剪切规划。图3显现了组件和电路板的俯视图。请注意，包和板没有相同的仓库，假如要在一个模仿中组合PCB电路板和封装，这或许是一个应战。HFSS3D layout流支撑层次结构，这意味着您能够经过简略的仿制/张贴将具有不同仓库的两个规划组合起来。

　　图4显现了封装，PCB电路板以及仿制/张贴整合了封装和PCB电路板规划成果的三维视图。整合封装和PCB电路板的规划清楚地标明，有必要运用有限电介质才干正确地标明物理结构，由于封装的电介质层有必要仅在封装地点的方位制作。电磁求解器运用的有限元法(FEM)处理恣意的三维结构和有限的介质层。

　　导入规划后，在运转模仿之前还需求履行几个进程。榜首步是界说鼓励。由于完结了显着的主动化，此进程十分简略，只需挑选一个边际或过孔并将其转化到一个端口（图5）。创立端口后，还需求三个进程：界说仿真设置、频率扫描和空气腔巨细。这些都是经过在相关特点窗口中输入参数来完结的。仿真设置界说解算器用于创立初始网格和完结主动自适应网格进程的参数。有几个选项答应用户依据仿真的结构优化设置。关于这种特定的规划，处理计划频率设置为20 GHz（用于自适应处理的频率），由于咱们期望仿线 GHz的带宽。将基函数的阶数设置为混合阶，并挑选迭代求解器。频率扫描设置是依据提取模型的终究用处界说的。在大多数情况下，提取的模型用于时域电路仿真，结合有源模型（驱动、接纳）来评价封装和板对传输信号的影响。例如，能够评价眼图 eye diagram 功用。即便提取的模型能够是宽带SPICE模型，默许格局也是S参数。

　　频率扫描设置供给了与这些规范相关的特定选项（图6）。经过选中“运用Q3D求解直流点”选项，将调用准静态求解器来准确核算直流点。用户能够挑选离散扫描，对其模仿扫描的一切频率，或运用自适应有理函数插值办法履行扫描的插值扫描。关于宽带模仿，插值扫描比离散扫描快得多，但在某些情况下，或许会导致非被迫或非因果成果。用户能够挑选为插值扫描强制被迫性和强制因果关系。一般，强制履行被迫性就足够了。

　　在这种情况下，咱们运用插值扫描，并挑选“运用Q3D处理直流点”和“强制无源性Enforce passivity.”选项。关于因果性，非因果成果的一个常见原因是运用了没有界说频率依赖性的资料特性。在该仿真中，咱们运用了频率相关的资料特点。

　　本文的榜首部分强调了为PCB电路板和封装规划人员供给主动化和用户友爱界面的重要性。传统、冗杂的经典三维电磁仿真器用户界面对错专家用户更广泛地运用这些东西的首要阻止之一。另一个阻止能够经过这个问题来阐明:运转我的仿真和剖析成果需求多长时刻？Ansys HFSS 3D layout以比您预期更快的速度答复了这个问题，这要归功于以下几项:

　　主动自适应网格进程依据迭代网格细化，辨认需求细化网格的区域，以削减两个处理计划之间的差错。图7显现了阐明自适应网格进程发展的收敛进程。经过七次收敛后，到达挨近0.01的差错，网格单元数略超越100万。图8显现了衔接封装和PCB电路板的TX差分对在20GHz（自适应频率）下相关于自适应通道的插入损耗。选用16核进行自适应处理。运用Phimesher，创立初始网格的时刻不到5分钟；在曩昔，运用规范经典网格器所需的时刻显着更长。第三次经过是在21分钟后完结的，终究处理计划的为数值+/-10%，这意味着在20分钟内您能够完结这个杂乱规划的健全性查看。第五次经过是在44分钟后完结，数值小于终究解的+/-2%。第五遍、第六遍和第七遍之间的数值改变标明收敛现已完结，保证在1小时20分钟内取得选定精度的最佳网格。

　　关于多层几许结构，如印刷电路板、封装和集成电路，phi mesher供给了十分快速的初始共形四面体网格生成。这些结构一般表现出高度的几许杂乱性，与许多走线、过孔、焊盘和焊球或凸点相关。这种杂乱性或许导致初始网格生成时刻挨近乃至超越电磁仿真自身的总时刻。与传统的有限元网格技能不同，传统的有限元网格技能对给定的几许结构不作任何假定，phi mesher利用了有关这些分层规划的叠加特性的常识。phi-mesher将层分解为一组凸多边形，从中导出三维凸多面体来填充层内的体积，然后进一步处理为保角四面体以构成初始三维四面体网格。该算法防止了三维有限元网格区分中常见的杂乱而耗时的创立和毁掉交流进程。一切杂乱的核算都是在二维而不是三维中进行的，然后进一步增强了算法的鲁棒性和可扩展性。终究成果是，关于这些类型的杂乱分层结构，与通用的三维有限元网格技能比较，phi mesher能够削减30倍或更多的网格时刻。仿线 GHz规模内进行频率扫描，以提取所需带宽内的s-parameter模型。后处理答应主动辨认来自单端终端的差分对。成果可制作为单端端子或差分对。各种成果如下（图8插入损耗（单位dB）；图9接纳（RX）和发送（TX）两个差分对的回波损耗（单位dB）；图11 RX和TX差分对之间的隔离度）。依据标准，规划人员将确认板载封装器材的运用频率规模。

　　Ansys HFSS 3D layout为封装、IC在印刷电路板上的仿真和提取供给了一种立异的工艺。强壮的主动化功用可使规划人员快速，轻松地将电路板和封装规划从现有的布局规划流程转移到3-D电磁仿真器，为仿真做好预备。主动自适应网格区分进程，更快的网格区分和高功用核算才能可供给当今紧缩和竞争性规划周期所需的精度水平缓速度。