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
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