1.3 Mentor SiP设计与仿真平台
1.3.1 平台简介
Mentor公司提供全面的SiP/MCM、高级封装设计及仿真平台,如图1-7所示。
图1-7 Mentor公司的SiP/MCM/高级封装/PCB设计及仿真平台
针对SiP设计的各种需求,Expedition AdvPkg bundle配置了诸如AdvPkg、3D Check、EP(Embedded Passive)、RF、AI(Advanced Interconnection),以及FabLink XE pro等模块,专门支持SiP/MCM、高级封装的设计、输出和验证。
同时,面向SiP仿真的需求,Mentor公司提供针对数模混合电路仿真的HyperLynx Analog,针对SiP热仿真的HyperLynx Thermal,针对信号完整性分析的HyperLynx SI,针对电源完整性的HyperLynx PI,以及针对EMI/EMC分析的电磁兼容专家系统。
Mentor公司的SiP/MCM、高级封装设计及仿真平台,基于Window软件平台开发,同时兼容Linux和Unix平台,图1-8所示为SiP设计仿真平台所支持的操作系统。
图1-8 SiP设计仿真平台支持的操作系统
1.3.2 原理图输入
SiP设计的原理图输入工具为DxDesigner,除了常规的原理图输入外,DxDesigner支持RF射频电路的输入,其RF元件库和Agilent ADS RF元件库同步。
在原理图设计阶段,Mentor提供了基于DxDesigner的数摸混合电路仿真工具,可进行电路功能的仿真分析,从设计一开始就确保“设计即正确”。同时,设计者也可通过信号完整性SI前仿真工具和对设计中的信号完整性进行“What if”假定分析,从而确定设计中的元器件选型、网络拓扑规划、终端匹配、基板层叠结构设置等参数的正确性。通过电源完整性PI前仿真工具,设计者可以在原理图设计阶段规划电源平面的分割,电源网络的分配,去耦电容的数量和种类等,合理地控制电源平面的阻抗。
同时,DxDesigner支持原理图多人协同设计,即多人同时设计一份原理图,不需要任何分割,这对复杂大型的SiP设计尤其重要。
1.3.3 系统设计协同
由于SiP设计和PCB设计最终都由系统设计者来完成,它们之间的联合设计也会变得越来越紧密。Mentor公司敏锐地捕捉到这一新的动态,开发了系统协同设计功能。具备SiP设计和PCB设计的系统协同,也成为Mentor工具的一项重要特色。
如图1-9所示,在一个系统设计的项目中管理了多个版图设计,包括两个SiP设计和一个PCB主板设计,各个设计可独立设计完成,它们之间又有相互的关联,因为两个SiP最终是要放到PCB主板上去协同工作。
图1-9 一个项目中管理多个设计,实现SiP和PCB设计协同
这样的管理方式比三个单独的项目更加科学和合理,由于考虑到了后续的PCB系统设计,SiP封装设计的管脚分配可以达到最优化。
1.3.4 SiP版图设计
在PCB板极系统设计领域,Mentor公司占据了超过全球50%的市场份额,远远超过其竞争对手。其强大的优势一直延伸到SiP设计领域,PCB设计中的所有强大的功能在SiP设计中都可以同样方便地应用。
在此基础上,针对SiP设计中的核心模块—版图设计,Mentor公司在其版图设计工具ExpeditionPCB的基础上,开发出6大核心设计功能,支持用户完成SiP设计的各种需求,如图1-10所示。
图1-10 SiP版图6大核心设计功能
1.AdvPkg核心设计功能
AdvPkg(Advanced Packaging)核心设计功能支持引线键合Wire Bonding和基板腔体Cavity,支持无层数限制的IC Die叠片设计,支持复杂多级腔体设计,如图1-11所示。同时支持复杂Bond Wire的自动键合,支持Power Ring的自动生成。
图1-11 芯片堆叠和多级腔体
Mentor的Bond Wire模型可以通过多种类型的曲线拟合的方式创建,更加精确,更接近实际的键合线形状,能够有效地帮助设计师提高设计精度,从而提高产品良率。Mentor Bond Wire模型如图1-12所示。
图1-12 Mentor Bond Wire模型
2.3D Check功能
3D Check功能支持实时3D浏览和检查,可和版图设计进行交互式3D实时DRC检查;可检查IC芯片、Bond Wire 、Cavity以及基板内层的布线、敷铜、过孔、盲埋孔以及埋阻、埋容等。通过实时3D DRC检查,使设计者在设计时即可避免错误的发生,做到设计即正确。如图1-13所示为交互式3D实时DRC。
图1-13 交互式3D实时DRC
和传统方法不同,Mentor工具对3D设计和检查理解更好,并在设计进行过程中就进行实时3D检查,以确保设计即正确。而传统方法通常是在设计完成后,需要在另外的工具中进行3D检查,这就类似在Gerber浏览器中检查自动布线的结果,这种后处理式的3D检查通常太晚了,会严重地影响设计的准确度和设计效率。
3.EP功能
EP(Embedded Passive)功能支持嵌入式无源元件,即埋阻、埋容。该模块支持埋入式电阻和电容的自动综合;根据所选浆料和阻容参数,可自动综合出所需电阻或电容,并支持激光精确调整。软件支持多种类型的电阻和电容可选,如图1-14所示,设计者可将综合出的电阻、电容放在基板的任意层。通过EP设计,可大大节省设计空间,并减少焊点,从而增加可靠性。
图1-14 自动综合支持4种电阻和3种电容形状
4.RF设计功能
RF(Radio Frequency)设计功能模块可实现射频电路设计,支持原理图和版图之间射频参数的相互传递,并且可通过动态链接工具将射频电路传递到ADS/AWR,如图1-15所示。
图1-15 RF设计软件和RF仿真软件动态链接
RF模块还可以满足版图电路的特殊设计要求,如渐变线宽、缝合过孔、电源设计中的环形电感等。
5.AI功能
AI(Advanced Interconnection)功能支持复杂层叠结构的盲埋孔自动布线,支持多种类型的层叠结构,并在设计中自动显示盲埋孔所穿越的层,如图1-16所示。AI智能化的自动布线算法,能大大提高布通率和设计效率。
图1-16 盲埋孔的设置及其在版图中的显示
6.Xtreme实时团队协同设计功能
Xtreme实时团队协同设计功能针对复杂SiP版图,可进行多人协同设计,不需要任何设计分割,设计数据实时更新到每个设计者,大大减少了设计难度和设计者的压力。通过实际项目的统计,可提高设计效率高达50%以上。这对SiP设计复杂,工期又非常紧的用户,尤其重要。而传统方法一般不具备此功能,图1-17所示为版图实时团队协同设计示意图。
图1-17 版图实时团队协同设计示意图
SiP版图核心设计功能是集成在Expedition设计流程中,和PCB设计工具属于同一个环境。所以,Expedition PCB具备的所有高级功能都可按需配置,如拓扑规划、总线布线、高速布线、柔性布线、智能自动布线、电路复制、设计复用、约束规划和管理等先进的功能,均可根据用户需求进行配置。
除了提供强大的版图设计功能外,Mentor公司提供多种仿真工具用于支持SiP版图的仿真和验证,其中包括信号完整性SI、电源完整性PI的后仿真、SiP的热分析、EMI/EMC专家系统等。
1.3.5 信号完整性和电源完整性仿真
信号完整性分析工具HyperLynx SI可支持信号完整性,串扰和EMC仿真分析,支持示波器(常规、眼图方式),频谱仪显示方式。HyperLynx SI内嵌了FCC、CISPR以及VCCI三种国际通用的EMC标准,并且支持用户定义自己的标准。
电源完整性分析工具HyperLynx PI可支持直流压降、交流去耦和平面噪声分析,支持二维及三维波形显示。
图1-18所示为HyperLynx SI信号完整性分析及PI电源完整性分析截图。
图1-18 HyperLynx SI信号完整性分析及PI电源完整性分析截图
1.3.6 热分析仿真
HyperLynx Thermal是SiP热分析工具,可在早期诊断SiP设计中的热问题,对热问题进行准确、可靠的分析,从而避免SiP产品中出现过热或热失效的问题。图1-19为一款MCM的热分析的结果,包括温度云图和温度梯度云图。
图1-19 HyperLynx Thermal热分析截图
1.3.7 Mentor SiP设计仿真平台的优势和先进性
Mentor公司的SiP设计及仿真平台,支持包含了SiP /MCM/Package及传统PCB的设计能力,具备原理图功能仿真、高速信号完整性仿真、电源完整性仿真、EMC分析以及SiP热分析功能。设计、仿真及验证环节的完备性确保了复杂项目的高质量完成。
1.Mentor SiP设计及仿真平台具备以下特点
① 完备的解决方案,在统一的平台中进行设计和各种仿真。
② 3D实时DRC检查。
③ 智能化的埋入式无源元件电阻、电容自动综合,图形化的用户界面,易于使用。
④ 复杂层叠的盲埋孔智能自动布线,无设计层数限制。
⑤ 射频RF设计,并和ADS/AWR共享元件库,动态数据接口,易学易用。
⑥ 针对SiP/MCM的热分析工具。
⑦ 支持多人协同设计,大大提高工作效率。
⑧ 支持和结构软件的协同设计功能,ECAD-MCAD协同使产品设计实时并行。
2.Mentor SiP设计及仿真平台适合的设计领域
(1)按技术分类
① RF射频与无线SiP设计
② 数字SiP设计
③ 通用的IC封装Package设计
④ MCM设计
⑤ 大规模倒装芯片设计
(2)按行业分类
① 航空航天、兵器、船舶等军工行业
② 电力系统、智能电网等
③ 通讯、半导体等
④ 汽车电子
⑤ 物联网等智能应用