本文原刊登于Ansys Blog：《System-Level Electromagnetic Simulation: It’s Within Your Reach》

作者：Aaron Edwards | Ansys應用工程總監

編輯整理：褚正浩 | Ansys中國高級應用工程師

數字革命給工程團隊帶來了巨大壓力，因為現在需要他們迅速開發出新的高性能印刷電路板（PCB）和芯片封裝。然而，隨著數據速率持續呈指數級增長，設計尺寸不斷變小、輸出越來越大，不連續性和多余信號耦合導致信號性能下降的概率增加。因此，盡管面臨重重市場壓力，但設計驗證絕不可松懈。

采用Ansys HFSS，只需34小時就能生成并求解這個復雜PCB封裝的3D模型

通常驗證端到端的系統級性能會涉及一系列組件級電磁（EM）仿真。例如，工程師開展仿真以確認單個球柵陣列（BGA）封裝（從焊接凸點到焊球）的信號完整性，或確認從集成電路（IC）封裝到走線，再到連接器封裝的信號完整性。

在完成系統各個部分的仿真和驗證后，再將其裝配成一個物理原型。但是這種級連方法存在一些問題。首先，該方法非常耗時，通常會拖延產品發布日期；其次，由部件集成和其他系統級問題引起的信號不連續性，只有在原型階段才能發現，從而導致由于返工所造成的高昂成本和不必要的延時。

在過去，這種順序方法對半導體制造商而言，是產品研發的一個重大障礙。然而，過時的仿真方法、計算資源、處理速度和工程方法使工程師只能使用這種級連的組件級方法。

好消息是，Ansys HFSS仿真軟件已能夠支持PCB和芯片封裝的快速系統級虛擬原型設計。與當今彈性云計算資源、更快的處理核心、快速數據傳輸速度等創新技術相結合，HFSS正在加快電磁（EM）仿真的速度。

然而一些客戶暫時還不了解HFSS中的系統級仿真功能，但半導體行業的領導者已利用HFSS將復雜產品的電磁仿真運行速度提高10-12倍。對于現有的Ansys 2020 R2客戶來說，要實現這種速度提升其實無需進行額外的軟件投資，工程團隊只需利用HFSS 30多年所積淀下來的最佳實踐，在優化的技術環境下充分使用最新HFSS解決方案的完整功能就可以了。 

例如，假設有一個PCB設計，涉及包括安裝在SODIMM板上的8個雙層觸發器BGA封裝，并插入安裝在主板上的連接器。總共要仿真 64個網絡，定義128個端口。

Ansys HFSS提供的系統級功能將所有封裝組件整合在統一互聯的3D模型中，從而取代了速度緩慢、過時的級連電磁仿真方法

如果采用過去的組件級級連方法，驗證這種復雜的產品設計及其所有集成點和組件，將花費數周時間。但是，如果以系統級的最佳實踐方式應用HFSS，僅需34小時就能生成并求解這種大型PCB模塊的完整3D模型。

這是目前電子企業需要實現的速度和性能水平，而且對于在使用Ansys 2020 R2的工程團隊來說，這很容易實現。利用HFSS中的系統級功能，企業可以開發出更復雜的設計，進行各種嘗試與創新。與以往的驗證方法相比，這還可以大幅節省研發時間與成本。

HFSS率先在無風險的仿真環境下，實現了所有PCB和芯片封裝組件的虛擬裝配與驗證。這款易于使用的解決方案可以直接讀取電氣計算機輔助設計（ECAD）布局，包括電路板、封裝、連接器和單列直插式封裝（SiP），然后對它們進行虛擬裝配。此外，HFSS還能導入機械結構（MCAD）元素，包括其邊界條件、端口激勵和材料屬性。

工程團隊可以在虛擬設計空間（包括MCAD和ECAD）中，快速求解全耦合系統，在返工成本最低的早期階段就把控系統級性能。這樣，HFSS不僅能簡化系統裝配和物理原型設計流程，還有助于避免后期的制造問題、產品召回和質保索賠。

因為HFSS與其他Ansys解決方案緊密相連，這樣完成求解的模型可以無縫傳遞到其他Ansys求解器，以開展進一步分析。熱和結構求解器有助于確保最終產品封裝的熱效應得到管理，并針對現實環境條件進行設計。這種緊密集成讓產品研發團隊能夠充分發揮Ansys 50多年來在多物理場領域所沉淀的工程仿真領先技術。

用戶還可以利用Ansys提供的多種資源來了解并運用HFSS的系統級功能，其中包括各種免費的點播式 Ansys創新課程（Ansys Innovation Courses）以及Ansys大學（ALH）所提供的針對性電磁仿真培訓（Ansys大學全天候提供三種不同的HFSS 3D Layout在線課程）。此外，Ansys客戶還可以直接聯系其相應的客戶團隊或隨時 訪問在線支持，獲取技術支持。