半导体

很多设计者一直致力于半导体设备的开发,这些设备包括BGAs,倒装片,MCMs,晶片堆和引线框架封装。在开发这些设备的过程中,工程师常常会面临大量的难题和挑战,这些挑战中大多数是涉及到交叉学科的问题,主要集中在机械,热学和电磁学三方面。在现代工业中,市场对产品形体尺寸的要求越来越高,产品尺寸越小越受到市场的欢迎,这是现在工业发展主要的驱动力:最新的处理器中的晶体管的尺寸达到了28纳米,甚至更小。然而,在晶片封装中,体积的趋小化导致了更高的节点温度和更大的热变化幅度,并且导致功率密度的持续提升。另外,新封装形式带来的几何复杂性的持续提高给封装设计者带来了更大的挑战,比如MCMs和晶片堆。在设计中一定要考虑到元件板和系统级的影响。

HFSS可以建立精确的连接器、组件和过孔仿真模型, DesignerSI可以将这些模型应用于复杂的系统仿真中

机械设备的非线性特性已经成为半导体设计的重要考虑因素,包括疲劳、分层、蠕变、弯曲和断裂。工程师需要处理持续增长的几何复杂性、非线性材料特性和学科交叉问题,例如结构热应力或者焦耳热问题。

为了达到制造工艺过程的绿色化和封装无铅化的预期目标,政府出台的规章条例日益严格,这使得半导体的设计越来越复杂。在电磁学领域,设计人员面临着提高信号速度和降低电功率消耗的设计要求,这些严格的要求增加了功率和信号整合方法的难度,同时也大大提高了高速通道内的电磁信号相互干扰的可能性。

为解决这些技术挑战,ANSYS提供了各种各样的多功能模块工具。

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结构分析Mechanical - semiconductors 结构分析Mechanical - semiconductors

ANSYS Mechanical technology can be used to predict thermal, mechanical and moisture-driven stress and strain in a variety of package types. Semiconductor analysis with ANSYS tools often incorporates nonlinear behaviors, including package warpage, solder joint creep, fracture in through-silicon-via designs, fatigue and delimitation. ANSYS capabilities offer the ability to conduct drop and vibration analyses.在各种各样的封装类型中,利用ANSYS机械模块技术可以预测热力、机械和湿气引起的应力和应变。利用ANSYS工具,可以分析半导体的非线性特性,其中包括封装变形、焊接点蠕变以及过孔设计中的断裂、疲劳和层间开裂。同时,ANSYS完全可以做振动分析方面的研究。

Stress analysis of Multi chip module using ANSYS Mechanical

Courtesy of PADT.

利用ANSYS结构模块进行多片组件的应力分析

电磁和电路仿真Electromagnetic & Circuit Simulation semiconductors 电磁和电路仿真Electromagnetic & Circuit Simulation semiconductors

ANSYS offers tools to create the next generation of DigitalRF CMOS ICs, GaAs/SiGe RFICs, and SIP/SOC designs. HFSS, SIwave, Q3D Extractor and DesignerSI provide a platform to design innovative circuit topologies that integrate digital, analog and RF functionality as well as new device and process technologies that drive optimization of size, power, cost and yield.ANSYS针对下一代的DigitalRF CMOS ICs, GaAs/SiGe RFICs 以及 SIP/SOC提供了相应的工具开发。HFSS, Slwave, Q3D, Extractor和DesignerSI为使用者提供了一个平台,利用这个平台可以开发设计新型电路拓扑,这些电路拓扑融合了数字、模拟和RF功能,以及新的装置和加工工艺技术,这些功能和技术优化了产品的结构、降低了电功率和成本。


HFSS, Q3D Extractor, and SIwave are used to extract GHz accurate S-Parameter models, W-elements and Full-Wave SPICE models for on-chip interconnect and complete IC packages. In addition, these tools are dynamically linked to DesignerSI for high-speed circuit simulation and statistical analysis; and final verification of the IC with package and board parasitics included.

对于芯片上的相互联系和完整的集成电路封装,HFSS, Q3D Extractor 与Slwave 可以用于建立精确的S参数模型,W元素和Full-Wave SPICE模型。同时,对于高速的电路模拟和数字分析,这些工具与DesignerSI是动态连接的。

热管理Thermal Management - semiconductors 热管理Thermal Management - semiconductors

ANSYS Icepak software enables detailed conduction, convection and radiation analysis on various package types, including impact of trace layout on thermal design. Joule heating data can be imported following an SI/PI simulation with the SIwave product. Engineers can optimize via design using ANSYS tools, identifying and resolving the effects of coating and underfill materials. Due to its adaptive architecture, the ANSYS suite interfaces with select industry partners’ tools, enabling integrated solutions that extend the functionality and efficiency of the simulation process. Relative to the semiconductor industry, ANSYS Icepak can import variable die power data from partner die-level design tools.ANSYS的热分析软件Icepak可以在各种各样的封装类型上做详细复杂的导热、对流换热和热辐射分析,包括处理散热设计中的走线布局影响问题。利用Slwave模块可以在SI/PI模拟计算之后导入焦耳热数据。工程师可以使用ANSYS工具优化设计、识别和解决涂层和填充材料的影响。由于本身的兼容开放性的结构,ANSYS可以与其他工具相结合,用以扩展模拟过程的功能性、提高效率。对于半导体产业,ANSYS 热分析软件Icepak可以读入晶片级设计工具所产生的动态晶片功率数据。

Thermal analysis of a lead frame package using ANSYS Icepak


利用ANSYS Icepak所做的一个引线框架封装的热分析

机械制造Manufacturing semiconductor 机械制造Manufacturing semiconductor

To rule out complications during the manufacturing process, ANSYS FLUENT software can simulate the wafer manufacturing process, including etching and cleaning, as well as package manufacturing, such as soldering SMTs and the package encapsulate reflow process.
为了提前预测和解除机械制造过程中可能会出现的难题,ANSYS FLUENT软件可以模拟晶片加工制作过程,包括浸蚀清洗和机械封装过程,例如:SMTs焊接和封装回流工艺过程。