淺談SiP系列之常用軟件工具

EDA設(shè)計工具在SiP制造流程中占有舉足輕重的地位，目前市面上最常見的SiP設(shè)計工具是Allegro Package Designer Plus和SiP Layout Option，其可實現(xiàn)2D 2.5D 3.D 等封裝工藝中芯片，封裝，無源器件在基板上的構(gòu)建，疊構(gòu)，設(shè)計，驗證及生產(chǎn)文件生成。其簡化了多個芯片集成在單個基板上的設(shè)計流程 。

（裸芯疊構(gòu)示意）

（Wire Bond 設(shè)置）

（3D檢查）

同時在SiP設(shè)計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協(xié)同仿真，以保證封裝產(chǎn)品的可靠性。Cadence針對封裝SIP的仿真分析工具主要分為三大類：一是封裝模型的提取、建模工具，二是信號完整性工具，第三類為電源完整性工具，具體如下：

模型提取

XtractIM

**XtractIM **是一款專門針對IC封裝的寬帶模型提取及封裝性能評估工具。XtractIM能夠生成標(biāo)準(zhǔn)的IBIS格式和SPICE子電路格式的封裝模型。提取出的模型可以是各引腳或各網(wǎng)絡(luò)的RLC網(wǎng)表，可以是帶耦合參數(shù)的矩陣，也可以是Pi/T型SPICE子電路。XtractIM生成的模型可以用來評估封裝模型電性能的好壞，也可用于系統(tǒng)級的SI和PI的仿真。

XcitePI

**XcitePI **是以芯片為中心的仿真和模型提取工具，可以用來設(shè)計和驗證電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）和高速I/O。XcitePI可以提取芯片PDN模型和I/O互連模型。用戶可以選擇對部分結(jié)構(gòu)或者整個芯片提取模型。模型提取考慮到整個芯片電源網(wǎng)格所有導(dǎo)體的寄生電阻，電容和電感的耦合。XcitePI提取的模型可以進一步用在系統(tǒng)級分析或者芯片-封裝-PCB的協(xié)同設(shè)計。XcitePI還支持時域和頻域的芯片PDN仿真，評估I/O電源地和信號的性能。

PowerSI

**PowerSI **可以為PCB和IC封裝提供快速準(zhǔn)確的通用頻域電磁場分析，如S參數(shù)、Z參數(shù)的模型提取，空間模式下的噪聲耦合分析，EMC/EMI分析，諧振模式分析，走線阻抗和耦合檢查等。從而有助于解決高速電路設(shè)計中日益突出的各種PI和SI問題：如信號和電源網(wǎng)絡(luò)布線質(zhì)量的定量分析和耦合分析，電源平面的噪聲分布和去耦電容的放置，封裝的電磁輻射，封裝結(jié)構(gòu)中可能存在的諧振模式，以及走線的整體阻抗檢查和耦合分析等。PowerSI可以在布局布線前用于創(chuàng)建PI和SI的布線規(guī)范，也可以在布局布線后用于發(fā)現(xiàn)或改善潛在的設(shè)計風(fēng)險。

Clarity

**Clarity 3D **求解器是一款針對互聯(lián)PCB，IC封裝和系統(tǒng)集成封裝設(shè)計的3D電磁（EM）仿真工具。Clarity 3D Solver可在設(shè)計5G，汽車，高性能計算（HPC）系統(tǒng)和具有高標(biāo)準(zhǔn)精度的機器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序時解決最復(fù)雜的電磁（EM）挑戰(zhàn)。業(yè)界領(lǐng)先的Cadence分布式多處理技術(shù)使Clarity 3D解算器能夠提供幾乎無限的容量和10倍的速度，從而有效地解決更大、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題。它創(chuàng)建了高度精確的S參數(shù)模型，用于信號完整性（SI），電源完整性（PI）和電磁兼容性（EMC）分析，使仿真結(jié)果與實驗室測量相匹配。Clarity 3D Solver可以通過有效地將可用計算資源與設(shè)計大小相匹配來解決真正的3D結(jié)構(gòu)。

信號完整性

SystemSI Serial Link Analysis

**SystemSI Serial Link Analysis **是專用于高速SerDes接口（如PCI-e, HDMI, SFP+, XAUI, Infiniband, SAS, SATA, USB等）進行系統(tǒng)級芯片到芯片驗證的仿真工具。SystemSI-SLA時域、頻域和統(tǒng)計分析相結(jié)合的技術(shù)確保高速串行互連分析的效率和仿真精度， SystemSI-SLA采用易用的模塊化拓?fù)渚庉嬒到y(tǒng)網(wǎng)表，支持多種SPICE子電路模型（如IBIS, Device, Touchstone, BNP等），采用時域、頻域和統(tǒng)計相結(jié)合的分析技術(shù)，通過進行無源通道頻域響應(yīng)分析、通道特性時域沖激分析、大容量數(shù)據(jù)碼型的統(tǒng)計分析、誤碼率分析等，提取系統(tǒng)鏈路的統(tǒng)計眼圖、浴盆曲線等特征參數(shù)，為串行鏈路系統(tǒng)性能評估提供依據(jù)。SystemSI-SLA支持各種領(lǐng)先的AMI/VMI模型，通過先進的串?dāng)_、抖動、噪聲分析和靈活的參數(shù)掃描分析，并充分考慮信號反射、串?dāng)_、碼間干擾、SSN等對信號質(zhì)量的影響。

SystemSI Parallel Bus Analysis

SystemSI Parallel Bus Analysis 是專門針對源同步高速并行總線接口(如DDRx)而開發(fā)的系統(tǒng)級芯片到芯片驗證工具。SystemSI-PBA的前仿真能力（包括3D全波Via-wizard建模能力）確保精確的寬帶模型能夠快速產(chǎn)生并與其他系統(tǒng)模塊連接。而后仿真能力允許用戶加入優(yōu)化的、包含更多細(xì)節(jié)信息的實際版圖模型并進行最終的驗證分析。所有的SI效應(yīng)如導(dǎo)體/介質(zhì)損耗、反射、ISI碼間干擾、串?dāng)_以及同步翻轉(zhuǎn)噪聲（SSN）等都能在一個仿真引擎中同步考慮。其非理想電源仿真能力能精確模擬真實PDN噪聲對信號的干擾。

**電源完整性

**

Celsius

**Celsius Thermal Solver **是業(yè)內(nèi)針對從集成電路到物理部件全電子系統(tǒng)所設(shè)計的一款完整電熱協(xié)同仿真解決方案。Celsius Thermal Solver能夠與Cadence IC、封裝和基板設(shè)計平臺實現(xiàn)無縫集成。利用創(chuàng)新的多物理場技術(shù)應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。將實體結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）與計算流體動力學(xué)（CFD）相結(jié)合，Celsius Thermal Solver可以在同一工具內(nèi)完成系統(tǒng)分析。Celsius Thermal Solver幫助工程團隊結(jié)合電氣和熱力分析，進行電力和熱力流動仿真，從而獲得比傳統(tǒng)工具更精確的系統(tǒng)級熱力仿真結(jié)果。此外，Celsius Thermal Solver基于先進3D 結(jié)構(gòu)中電力的實際流動，執(zhí)行靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動態(tài)（瞬態(tài)）電熱協(xié)同仿真，提供了對真實世界系統(tǒng)行為的預(yù)見性。

PowerDC

PowerDC 能對IC封裝提供快速準(zhǔn)確的直流分析和電熱協(xié)同分析，是一款能對基板和IC封裝設(shè)計進行電熱協(xié)同仿真分析的工具，其提供了一個詳細(xì)的工作流程幫助仿真工程師發(fā)現(xiàn)設(shè)計中隱含的直流壓降問題、電流密度問題和熱可靠性問題。PowerDC能支持多Die堆疊的封裝設(shè)計，能進行復(fù)雜設(shè)計的DRC檢查，可以得到Die、過孔和封裝等各組件的溫度，還可以得到JEDEC定義的各種封裝熱參數(shù)模型。

OptimizePI

OptimizePI 應(yīng)用Sigrity的電磁分析和優(yōu)化算法可以使IC封裝PDS網(wǎng)絡(luò)的性能或成本達(dá)到最優(yōu)。OptimizePI可以幫助設(shè)計人員自動地在合適的位置放置合適容值的去耦電容，來確保產(chǎn)品設(shè)計以最低的成本或最小的面積滿足電源分配系統(tǒng)（PDS）的性能目標(biāo)，優(yōu)化電源平面諧振，或者在不增加電容種類的情況下實現(xiàn)最佳的PI、EMI性能。