如何利用HFS對(duì)球柵陣列封裝進(jìn)行仿真研究

BGA封裝，即Ball Grid Array Package—球柵陣列封裝，是高密度、多功能芯片常用的引腳封裝，如下圖所示，本文主要講解如何對(duì)BGA封裝利用HFSS進(jìn)行仿真。

1、當(dāng)要對(duì)一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行仿真時(shí)，需要先了解仿真項(xiàng)目有哪些參數(shù)尺寸、材料屬性該如何設(shè)置、以及如何簡(jiǎn)化仿真模型等，不必一拿到仿真需求就去匆匆畫圖。如果能將仿真模型先在草稿上畫上關(guān)鍵部分，成熟胸中，必能事半功倍，不然老要回頭去修正模型，大大浪費(fèi)時(shí)間。不啰嗦了，先來看看BGA封裝的具體尺寸，如下圖：可以從芯片的datasheet中找到具體的封裝pad尺寸和BGA焊球的高度，其中這個(gè)高度和關(guān)鍵。

2、仿真準(zhǔn)備工作，由于要通過TDR值來優(yōu)化BGA過孔反焊盤的尺寸，需要將HFSS中的solution type設(shè)置為Terminal，即終端模式求解，另外掃頻方式只能選擇Interpolating（插值法掃描）。還有在HFSS》design setting中注意勾選Enable material override和automatically use causal material。（勾選這兩項(xiàng)一是為了簡(jiǎn)化建模，讓金屬自動(dòng)覆蓋介質(zhì)材料，因此不必額外再做減法substract；另一項(xiàng)是為了使得仿真求解滿滿足因果性，不然仿真結(jié)果容易出錯(cuò)）

3、建立模型，具體過程就不詳述了，按BGA封裝尺寸建立即可，如下圖：在BGA焊球上方加一塊pec以保證GND相連，wave port 2是一個(gè)100ohm的同軸差分線，可以通過Q2D來確定其尺寸和介質(zhì)的介電常數(shù)。

4、如果不想那么麻煩，wave port 2也可以用lumped port替代，缺點(diǎn)是端口不能deembed，deembed是HFSS簡(jiǎn)化模型的強(qiáng)大工具，但是僅僅針對(duì)wave port有效，lumped port也可以deembed，不過它的作用是消除lumped port的寄生電感，請(qǐng)注意這兩個(gè)區(qū)別，lumped port模型如下圖：

最后仿真的TDR如下：紅色為優(yōu)化的結(jié)果，但是還沒到最佳，原因有二：第一、過孔有殘樁且非功能焊盤沒去掉；第二、過孔的反焊盤直徑還比較小，可以繼續(xù)加大，最佳的優(yōu)化BGA+過孔阻抗在98ohm。

附錄：使用Q2D確認(rèn)100ohm差分同軸線的尺寸和介質(zhì)介電常數(shù)。

BGA焊盤尺寸和位置是固定的，不能改動(dòng)，只能優(yōu)化綠色的介質(zhì)半徑R；

由于是同軸線，solution type要選擇close;

介質(zhì)材料需要設(shè)定為surface_GND;

使用reduce matrix設(shè)置差分diff pair，在matrix下查看當(dāng)前的差分阻抗，接近100ohm即可；

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