EDA設計工具在SiP實現流程中占有舉足輕重的地位。在SiP設計常用軟件（上）一文中重點介紹了Cadence 旗下SiP封裝設計所用到的幾款EDA產品。本期在回顧之前Cadence 產品的基礎上，同時梳理和補全了業界常用的其他幾大EDA公司的主流SiP設計與仿真工具。供大家參考和學習。

1、設計工具

Cadence的Allegro Package Designer Plus，是封裝設計業內的準行業標準工具，可實現WireBond、FlipChip、SiP、Chiplet異構集成，2.5D/3D硅基封裝的設計與驗證。對于SiP系統級封裝產品來說：

01、可實現裸芯，無源器件在基板上的構建，封裝基板的疊構，支持Wirebond金（銅）線設計，HDI微孔結構設計，基板布線設計，及多種類后處理。

02、其基于Constraint Manager的規則設計，提供了一個高可靠性的設計/可制造性/信號完整性一體化平臺。

03、制造方面，提供幾乎所有種類的生產文件如ODB++,Gerber274X等等。

04、與Cadence 自身的Sigrity系列，Celcius系列，Clarity系列仿真軟件無縫集成，軟件內部的模型參數導出工具可將基板參數直接在仿真工具中進行編輯，縮短了仿真驗證前期準備的耗時。

05、其具有的3D編輯器與主流仿真軟件的仿真模型一體化關聯，保證了SiP封裝在2.5D/3D熱仿真，3D力學仿真驗證領域數據的一致性與準確性。

06、支持多用戶在同一界面下完成設計及檢查。

（裸芯疊構示意）

（WireBond 設置）

（3D檢查）

在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。針對封裝SIP的仿真分析工具主要分為四大類：一是封裝模型的提取、建模工具，二是電源完整性及信號完整性分析工具，第三類為電熱協同仿真工具，最后則為熱力結合仿真工具。

模型提取工具

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能夠生成標準的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絡的RLC網表，可以是帶耦合參數的矩陣，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，可以用來設計和驗證電源分配網絡（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構或者整個芯片提取模型。模型提取考慮到整個芯片電源網格所有導體的寄生電阻，電容和電感的耦合。XcitePI提取的模型可以進一步用在系統級分析或者芯片-封裝-PCB的協同設計。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封裝提供快速準確的通用頻域電磁場分析，如S參數、Z參數的模型提取，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計中日益突出的各種PI和SI問題：如信號和電源網絡布線質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，封裝結構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建PI和SI的布線規范，也可以在布局布線后用于發現或改善潛在的設計風險。

Clarity

Clarity 3D求解器是一款針對互聯PCB，IC封裝和系統集成封裝設計的3D電磁（EM）仿真工具。Clarity 3D Solver可在設計5G，汽車，高性能計算（HPC）系統和具有高標準精度的機器學習應用程序時解決最復雜的電磁（EM）挑戰。業界領先的Cadence分布式多處理技術使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、更復雜的結構問題。它創建了高度精確的S參數模型，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計大小相匹配來解決真正的3D結構。

Q3D Extrator

Ansys Q3D Extractor是現代電子設計中的寄生提取工具。Q3D Extractor用于計算電子產品頻率相關電阻、電感、電容和電導(RLCG)的寄生參數。它適用于高速電子設備中設計先進的電子封裝和連接器。也可用于電力配電、電力電子和電力驅動系統中使用的大功率母線和功率變換器部件。提取出的寄生參可用于后續的SI/PI完整性分析，是使用廣泛的參數提取工具之一。

（圖片來源Mentor網站）

AnsysHFSS

Ansys HFSS與Cadence Clarity為同類型3D全波電磁場仿真工具，HFSS可分析整個電磁場問題，包括反射損耗，衰減，輻射和耦合等。HFSS的強大功能基于有限元算法與積分方程理論，以及穩定的自適應網格剖分技術。該網格剖分技術可保證其網格能與3D物體共形并適合任意電磁場問題分析。HFSS可自動根據用戶指定的幾何模型，材料屬性以及求解頻段來生成最適合，最有效和最準確的網格進行求解，以保證求解的精度。求解較為苛刻的高頻仿真問題時，所有的HFSS求解器可配置高性能計算（HPC）技術，如區域分解法和分布式求解，高性能計算可減少計算時間，有效利用計算機資源來加速求解電大尺寸問題。

電源完整性 及信號完整性分析工具

OptimizePI

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

PowerDC

PowerDC能對IC封裝提供快速準確的直流分析和電熱協同分析，是一款能對基板和IC封裝設計進行電熱協同仿真分析的工具，其提供了一個詳細的工作流程幫助仿真工程師發現設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堆疊的封裝設計，能進行復雜設計的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模型。

System SI

SystemSI Serial Link Analysis是專用于高速SerDes接口（如PCI-e, HDMI, SFP+, XAUI, Infiniband, SAS, SATA, USB等）進行系統級芯片到芯片驗證的仿真工具。SystemSI-SLA時域、頻域和統計分析相結合的技術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撲編輯系統網表，支持多種SPICE子電路模型（如IBIS, Device, Touchstone, BNP等），采用時域、頻域和統計相結合的分析技術，通過進行無源通道頻域響應分析、通道特性時域沖激分析、大容量數據碼型的統計分析、誤碼率分析等，提取系統鏈路的統計眼圖、浴盆曲線等特征參數，為串行鏈路系統性能評估提供依據。

SystemSI-SLA支持各種領先的AMI/VMI模型，通過先進的串擾、抖動、噪聲分析和靈活的參數掃描分析，并充分考慮信號反射、串擾、碼間干擾、SSN等對信號質量的影響。

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)而開發的系統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生并與其他系統模塊連接。而后仿真能力允許用戶加入優化的、包含更多細節信息的實際版圖模型并進行最終的驗證分析。

所有的SI效應如導體/介質損耗、反射、ISI碼間干擾、串擾以及同步翻轉噪聲（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。

SIWave

Ansys Slwave是驗證板級及封裝級的信號完整性，電源完整性及EMI分析為一體的工具。幫助設計師進行建模、模擬和驗證高速信號傳輸的完整性及高性能電子產品中電源完整性。它可以準確地提取了千兆SERDES和內存總線的IBIS 及IBIS-AMI模型進行分析，保證各種產品在進入制造前設計的準確性。

Slwave可實現對整個配電網絡(PDN)進行全波提取，使您能夠通過低壓設計中的自動解耦分析來驗證噪聲裕度，并確保阻抗分布符合要求等。

（圖片來源Ansys網站）

HyperLynx SI

Mentor HyperLynx SI基于IBIS或是SPICE模型評估并行（如DDR）及高速串行總線的信號完整性，包括過沖，下沖，振鈴，非單調性， 符號間干擾等等。優化信號的拓撲結構并分析信號間的串擾，結合仿真結果對設計提供最優的改善措施。通過時域或頻域的方式評估互連狀態以確保信號低誤碼率的有效傳輸。

HyperLynx SI同時也支持基于IBIS-AMI模型，集成全波三位電磁場求解器針對高速SerDes鏈路進行快速且精準的分析。

（圖片來源Mentor網站）

HyperLynx PI

Mentor HyperLynx PI 支持 AC， DC 多種類電源分析功能，分析直流壓降，保證電源的載流能力。同時支持PDN分析找到最優的去耦電容策略和電容的數量和擺放位置，從而使芯片管腳處的電源波動穩定在噪聲容限之內。

（圖片來源Mentor網站）

電熱協同仿真工具

Celsius

Celsius Thermal Solver是業內針對從集成電路到物理部件全電子系統所設計的一款完整電熱協同仿真解決方案。Celsius Thermal Solver能夠與Cadence IC、封裝和基板設計平臺實現無縫集成。利用創新的多物理場技術應對這些挑戰。將實體結構有限元分析（FEA）與計算流體動力學（CFD）相結合，Celsius Thermal Solver可以在同一工具內完成系統分析。Celsius Thermal Solver幫助工程團隊結合電氣和熱力分析，進行電力和熱力流動仿真，從而獲得比傳統工具更精確的系統級熱力仿真結果。此外，Celsius Thermal Solver基于先進3D 結構中電力的實際流動，執行靜態（穩態）和動態（瞬態）電熱協同仿真，提供了對真實世界系統行為的預見性。

SIWave-Icepak

Ansys最新的SIwave版本中，集成了SIwave-Icepak電熱協同仿真功能，設計者在單獨的SIwave軟件環境中，就可以同時調用SIwave 直流求解器和Icepak 三維散熱（CFD）求解器，進行電熱耦合分析，得到封裝或板級工作時的電流密度分布以及溫度分布結果，幫助設計者提前評估溫度變化對封裝及PCB性能的影響，預判溫度分布熱點，以便進行散熱設計。

（圖片來源Ansys網站）

熱力結合仿真工具

Ansys Mechanical

作為Ansys的核心產品之一，Ansys Mechanical是使用最廣泛的的通用結構力學仿真分析系統。以結構力學分析為主，涵蓋線性、非線性、靜力、動力、疲勞、斷裂、復合材料、優化設計、概率設計、熱及熱結構耦合、壓電等分析中幾乎所有的功能，全面集成于ANSYS新一代協同仿真環境ANSYS Workbench中。對于SiP封裝來說，其功能可覆蓋各類封裝產品，熱應力，熱循環，振動，Underfill流體分析等絕大多數熱力結合仿真項目。

（圖片來源Ansys網站）

以上就是常見的EDA設計及仿真工具，下期分享封裝的質量管理，內容會持續更新。

審核編輯：劉清