HFSS SoD in Desinger高级培训.docx
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HFSSSoDinDesinger高级培训
HFSSSoDinDesinger高级培训
无键合丝BGA封装
本次培训内容为如何使用HFSSSoD创建、仿真和分析一个无键合丝BGA封装中的信号网络。
培训目的:
演示如何使用HFSSSoD处理一个真实模型并进行分析
●理解如何切分模型
●演示在BGA封装上设置集总缝隙端口(lumpedgapport)的正确方式
1、导入ANF文件
a)设置默认版图单位:
i.选择菜单项Tools>Options>GeneralOptions
ii.选择DefaultUnits页面
iii.改变Length为um
iv.点击OK按钮
b)导入ANF文件:
i.选择菜单项File>Open
ii.选择文件类型为AnsoftNeutralfile(v4)(*.anf)
iii.选择si_training_links.anf
iv.点击Open按钮
v.选择EMDesign作为导入类型
vi.点击OK
2、检查Layout版图
a)在项目管理树下打开si_training_links项目和设计
b)双击si_training_links设计,在右面的Layout版图界面中按CTL+D键显示出完整的封装版图
c)Layout>SketchMode使用交叉阴影线填充金属层
d)EMDesign>3DViewer显示三维视图:
旋转(Alt+drag)、平移(Shift+Drag)、放大(Shift+Alt+Drag)
e)EMDesign>LayoutEditor返回二维版图界面
3、添加BGA焊球
a)添加空气层和地层,设置BGA焊球高度
i.Layout>Layers打开EditLayers窗口,选择Stackup页面
ii.右键点击最底层,选择InsertDielectricLayerBelow
iii.对于新的介质层,将层名和材料更改为Air,厚度设置成焊球高度590um
iv.右键点击新添加的Air层,选择InsertGroundLayerBelow添加地层
v.点击ApplyandClose
b)Tool>EditConfiguredLibraries>Padstacks打开Padstack编辑窗口
c)编辑BGAPADpadstack
d)使用下列参数设置Solderball模型
i.Shape:
Cylinder
ii.Diameter:
531um
iii.Material:
Solder
iv.Connection:
BelowPadStack
4、切分设计(包含被分析网络和相应的参考网络)
a)Layout>CutoutSubdesign,在DATA、DATAB和VTERM网络的Include列处打勾
b)不要在Createthecutoutasasub-designwithintheparentdesign处打勾
c)点击OK后会在左侧项目管理树下出现新设计si_training_links_cutout
5、设置HFSS空气盒子
a)
EMDesign>3DView观察三维视图
b)EMDesign>HFSSExtents进行如下设置:
●Type:
BoundingBox
●在Honorprimitivesondielectriclayers和Truncatemodelatgroundlayers前打勾
●Horizontal:
0.4
●Vertical:
0.2
c)点击OK
扩展因子可以使用如上所用的相对值,也可以使用绝对值(如输入500um)。
6、在焊球上创建激励端口
a)创建集总缝隙端口
i.EMDesign>LayoutEditor将三维视图转回到二维版图模式
ii.Layout>layers…的Layers页面上选择BASE层作为当前激活层(
列),关掉其它层显示(
列)
iii.按住CtrL键,点选DATA和DATAB上使用BGAPADpadstack的过孔/焊盘,或者:
1.点击Layout>List
2.对Description列进行排序,选择Via_7和Via_10
3.点击Done
iv.Draw>TogglePin/Via将过孔转换成Pin
v.打开所有层显示
在Desinger的其他设计环境中(如Circuit和System设计),Pin只是一个提供外部连接的简单过孔。
在EM设计中,Pin总会被赋予端口。
7、配置焊球激励端口
a)对于HFSSSoD仿真,Pin基于其内容和端口类型属性生成端口外形。
在三维视图里,端口被填充并且可被看见。
i.在二维版图界面中,点击EMDesign>3DViewer菜单
ii.
旋转(Alt+drag)、平移(Shift+Drag)、放大(Shift+Alt+Drag)焊球区域
b)默认情况下,Pin端口自动生成圆形、同轴缝隙端口外形。
可在属性窗口中调整这些端口大小:
i.在三维视图界面中选择2个信号焊球
ii.在属性窗口中选择EMDesign页面
iii.在HFSS设置下,设置RadialExtentFactor为0.5
8、在微带线上创建激励端口
a)创建集总缝隙端口
i.返回二维版图界面
ii.
在层叠设计窗口中确定所有层都是可选的(
列)
iii.平移、放大微带线的键合端
iv.Edit>SelectEdges选择DATA走线端(底部走线)得边沿
v.Draw>Port>CreateEdgePort创建边沿端口
vi.重复上两步操作,在DATAB走线端(顶部走线)创建边沿端口
vii.同时选中这两个边沿端口
viii.在属性窗口的EMDesign页面上,设置HFSSType为Gap
ix.在三维视图中检查缝隙端口外形
9、将中间金属VTERM走线与PLANE1(下层)短路
a)在封装走线的键合端,将中间VTERM走线与下面的PLANE1层通过一个过孔相连
i.Draw>Via在中间走线的键合端添加一个新过孔。
光标会自动捕捉到端点并变成方形
ii.在新过孔的Footprint属性页面上进行如下设置
1.StartLayer:
TOP_COND
2.StopLayer:
PLANE1
3.HoleDiameter:
50um
10、分析设置
a)创建分析项
i.选择菜单项EMDesign>SolutionSetup>AddHFSSSetup
ii.
在HFSSSetup窗口中:
1.点击General页:
●SolutionFrequency:
25GHz
●MaximumNumberofPasses:
20
●MaximumDeltaSperPass:
0.02
●在Savecurrentforlastadaptive前打勾
2.点击Solver页
●OrderofBasisFunction:
ZeroOrder
3.点击OK后在左侧的项目管理树的Analysis项下出现HFSSSetup1子项
b)添加扫频设置
i.在完成分析项设置后,一个扫频设置窗体会自动弹出。
也可使用EMDesign>SolutionSetup>AddFrequencySweep添加新的扫频设置窗体。
ii.
扫频窗体设置:
1.SweepType:
Interpolating
●RelativeErrorforS:
0.5%
2.FrequencySetupType:
LinearCount
●Start:
0GHz
●Stop:
50GHz
●Count:
1001
3.点击Update
4.点击OK后在左侧的项目管理树的Analysis>HFSSSetup1项下出现Sweep1子项
11、保存项目
a)File>SaveAs
b)在SaveAs窗口中键入文件名:
bga_without_die
c)点击Save按钮
12、检查模型
a)EMDesign>ValidationCheck
b)点击Close按钮
可在MessageManager窗口中查看所有报错和警告信息
在每次分析开始时会自动进行模型检查
13、分析
a)点选菜单EMDesign>Analyze开始求解
14、求解数据
a)点选菜单EMDesign>Results>ViewProfile查看求解数据
i.点击Profile页查看CPU时间、网格数能求解过程信息
ii.点击Convergence页查看求解的收敛过程
iii.点击MatrixData页实时查看求解结果
15、显示S参数曲线
a)EMDesign>CreateStandardReport>RectangularPlot
b)在弹出的显示设置窗口中做如下选择:
i.Solution:
HFSSSetup1:
Sweep1
ii.Domain:
Sweep
iii.Category:
SParameter
iv.Quantity:
S(Via_7,Via_7),S(Via_7,Via_10),.…..
v.Function:
dB
vi.点击NewReport和Close按钮
16、显示网格和表面电流
a)显示表面网格
i.在左侧的项目管理树下右键点击Analysis>HFSSSetup1,选择3DMeshOverlay在三维视图中显示出最终网格。
ii.在三维视图中右键可以设置Z方向拉伸和透明度
b)显示表面电流
i.在左侧项目管理树的FieldOverlays项上右键,选择AddCurrentDisplay>LastAdaptive
ii.可双击颜色梯度柱重新定义梯度范围
iii.可通过EMDesign>PortExcitations更改激励幅度和相位
带键合丝BGA封装
本次培训内容为如何使用DesignerLinks框架,处理键合丝和在HFSSSoD中配置激励端口。
培训目的:
●了解DesignerLinks模块,特别是ADPLinks功能
●编辑和设置键合丝
●演示正确的激励端口设置,确保信号回流路径完整
1、DesignerLinks
a)“DesignerLinks”模块提供了一个框架功能,通过不同的接口插件,将外部数据源和Designer版图环境紧密结合起来。
在本次培训中,我们使用针对CadenceSPB软件的接口插件APDLinks。
b)确保APDLinks插件已被激活:
i.选择菜单项Tools>DesignerLinks
ii.选择Config页面
iii.点击AddLink,选择Designer安装路径下的apdlinks.dll
激活一个接口插件只需要一次。
一旦激活后,此插件会在DesignerLinks中永久处于使能状态。
c)一旦接口插件被激活,就会自动出现在DesignerLinks界面。
每一个接口插件拥有多项操作。
CadenceAPD/AllegroLink插件提供了Import、Servers、Options和Bondwires操作。
2、CadenceAPDLink插件操作
a)Import:
直接导入外部静态数据源
i.*.mcm,*.sip和*.brd文件的导入需要在本机上有安装CadenceSPB软件。
特别是Cadence安装路径下的extracta.exe必须在本机上可执行。
ii.*.anx是在CadenceSPB环境下导出的静态数据源。
这种方式可以避免在本机上安装Cadence软件。
b)Servers:
为与Cadence数据源动态交互设置端口
iii.Designer可以与正在使用的Cadence软件进行动态交互,通过IPC协议。
在Servers窗口中可以设置多个客户端和对应端口。
c)Options:
配置导入设置
iv.Purgeconflictingnetgeometry:
导入时删除重叠的金属走线或过孔
v.Configurecomponents:
配置端口,为表贴器件创建本地参考
vi.Post-import:
配置一个脚本执行以后的设计导入
vii.Namingconventions:
指定导入管脚的命名规则
d)Bondwires:
配置、预览可用的键合丝定义
i.Cadence的键合丝文件可以被导入,并在Designer的版图界面中使用。
Designer的系统库和Cadence的安装路径$CDSROOT/share/pcb/text/tech下的键合丝文件会被自动导入。
ii.对键合丝文件会使用CadenceXML键合文件语法进行检查。
3、导入ANX文件
a)打开DesignerLinks
i.在CadenceAPD/Allegro行,选择Action>Import
ii.文件浏览窗口中,选择打开的文件类型为APDLinksExtracted(*.anx)
iii.打开bga_wb_final_training.anx文件
iv.点击Open
b)在APDLinks窗口中进行设置
i.SetAction页面用来选择导入目标。
可以创建一个新设计或者直接导入。
选择顶层项目和Createnewdesigninselected选项。
ii.Nets页面用来选择需要导入的网络和端口创建位置。
选择全部网络。
iii.Options页面用来设置导入设置
iv.点击OK。
4、培训封装案例介绍
导入的是一个单核键合BGA封装。
对于本例,我们将会提取11位地址线中的2位。
这些信号主要是表层走线,位于封装右面。
地址总线的参考为VCC和GND,假设在我们感兴趣的频段内有很好的去耦,在封装内,在VCC和GND层间的芯板层上最大化的使用了去耦电容。
地址总线的左端散布着VCC和GND,右端最近的VCC在封装的右上角,最近的GND分布在封装的右上角和中心位置。
提取高频模型时,保留参考结构和终端位置非常重要,关系到是否能够尽可能准确的捕捉到信号回流。
在本例中,我们会保留最近的VCC和GND终端,同时必须认识到,我们已经通过切割芯板结构改变了GND和VCC间的电容。
5、配置键合丝
a)键合丝作为APDBondwire元素被导入。
CadenceAPD中的每个键合丝组在导入过程中被分割成单独的用户层。
b)配置键合丝
i.设置层可见和可选
a.Layout>Layers…打开层叠结构编辑窗口
b.点选TOP_BONDFINGER层对应的
列处,设置当前层
c.点击
列,关闭其余层的显示
d.点击ApplyandClose
ii.配置TOP_BONDFINGER组(信号)
a.Edit>SelectAll选中TOP_BONDFINGER层上的全部键合丝
b.点选属性窗口中的Footprint页面,做如下设置:
●
StartLayer:
2:
TOP;键合丝起点层
●EndLayer:
TOP_COND;键合丝终点层
●Profile:
J4_LH10;键合丝类型
●PathWidth:
50um;键合丝的直径
iii.配置TOP_VIA组(电源)
a.Layout>Layers…选择TOP_VIA层为当前层,关闭其它层显示
b.选中TOP_VIA层上的全部键合丝
c.点选属性窗口中的Footprint页面,做如下设置:
●StartLayer:
2:
TOP;键合丝起点层
●EndLayer:
TOP_COND;键合丝终点层
●Profile:
J4_LH5;键合丝类型
●PathWidth:
50um;键合丝的直径
6、配置焊球
a)添加空气层和地层,设置BGA焊球高度
i.Layout>Layers打开EditLayers窗口,显示所有键合丝组和所有层
ii.选择Stackup页面,右键点击最底层,选择InsertDielectricLayerBelow
iii.对于新的介质层,将层名和材料更改为Air,厚度设置成焊球高度25mil
iv.右键点击新添加的Air层,选择InsertGroundLayerBelow添加地层
v.点击ApplyandClose
b)在左侧项目管理树下,展开Definitions>PadStacks
c)双击BGAPAD,打开Padstack编辑窗口
d)进行如下设置:
●Shape:
Speriod
●Diameter:
12.5mil
●Middiameter:
25mil
●Material:
solder
●Connection:
Belowpadstack
7、配置频变材料
a)在左侧项目管理树下,展开Definitions>Materials
b)双击FR-4,打开材料编辑窗口
c)点击SetFrequencyDependency按钮,打开频变材料特性设置选项
d)选择Djordjevic-SarkarModelInput,并做如下设置:
●Frequency(GHz):
1
●RelativePermittivity:
4.5
●LossTangent:
0.035
●ConductivityatDC:
1e-12
8、切分设计(包含被分析网络和相应的参考网络)
a)Layout>CutoutSubdesign,使用Netnamefilter,在*A_1_、*A_7_网络的Include列处打勾
b)在、VCC、GND、DIESTACK1:
D1.176.GND、DIESTACK1:
D1.182.GND、DIESTACK:
D1.172.VCC、DIESTACK:
D1.183.VCC网络的clipatextents列出打勾(使用Netnamefilter)
c)不要在Createthecutoutasasub-designwithintheparentdesign处打勾
d)点击AutoGenerateExtent按钮,在弹出窗口中做如下设置:
●Datasource:
non-clippednets
●Expansion:
265mil
●Cornerstyle:
Round
●Expansionincrements:
1
e)点击OK关闭AutoGenerateExtent窗口
f)在CutoutSubdesign窗口中点击OK,会在左侧项目管理树下出现新设计bga_wb_final_training_cutout
注意要进入3D界面检查一下新设计,保证键合丝的起点和终点层没有错误。
本版本中需要手动将新设计中键合丝(TOP_BONDFINGER信号组和TOP_VIA电源组)的起点层更改为10:
TOP。
g)
为了最小化求解时间,进一步简化设计,删除除了最靠近信号的VCC和GND键合丝和Diepad。
i.在Layout页面中,只显示TOP_BONDFINGER和TOP_VIA层。
ii.在版图界面中手动选中除最靠近信号的上下两对电源/地键合丝外的所有键合丝
iii.
Edit>Delete删除所有选中的键合丝
h)删除Core上除最近的GND以外的其它所有GND焊球
i.在Layout页面中,选择Bottom为当前层,并关闭其它所有层显示
ii.在版图界面中手动选中除最靠近信号的焊球外的所有焊球Pads
iii.Edit>Delete删除所有选中的焊球
附录:
使用NetworkDataExplorer查看求解结果
对于多端口S参数,NetworkDataExplorer提供了动态、高效的处理功能
●在左侧的项目管理树下,右键点击Analsys>HFSSSetup1>Sweep1项,选择Results>NetworkDataExplorer
●设置显示格式为db/Phase(deg)
●在Selectall前打勾
●选择Plot
NDExplorer的功能为:
可视化矩阵数据、统计数据和频率数据
轻松对比多个数据源
轻松处理过滤、降阶、差分等情况