Como a simulação pode ajudar na confiabilidade de semicondutores e chips
Descubra como resolver os desafios de miniaturização e dissipação térmica em semicondutores utilizando ferramentas de simulação Ansys
Atualmente, um dos maiores desafios no estudo e desenvolvimento da eletrônica é a miniaturização, impulsionada pela demanda constante do mercado por dispositivos cada vez menores, mais leves e portáteis. Essa tendência não se restringe apenas às placas-mãe de computadores ou smartphones, exemplos mais visíveis no dia a dia, mas afeta principalmente os circuitos integrados (ICs) e sistemas embarcados de alta densidade. Localizados no núcleo dos sistemas, esses componentes são responsáveis pelo processamento de sinais complexos e pela inteligência do hardware.
No entanto, ao reduzir as dimensões, surgem obstáculos críticos de engenharia: o aumento da densidade de potência em áreas reduzidas gera gargalos no gerenciamento térmico e compromete a integridade do sinal. Em sistemas onde o espaço é mínimo, o calor excessivo e a interferência eletromagnética entre componentes próximos podem causar falhas graves, podendo provocar desde comportamentos erráticos imediatos até falhas estruturais permanentes.
Por isso, a utilização da simulação multifísica torna-se indispensável, permitindo que os engenheiros estudem o comportamento térmico, mecânico e elétrico desses circuitos internos antes mesmo da fabricação, garantindo a confiabilidade necessária para aplicações em setores exigentes como o automotivo e o aeroespacial.
Análise integral de potência, sinal e eletromagnetismo
Neste contexto de crescente miniaturização e alta densidade de componentes, onde a precisão da análise eletromagnética se torna um diferencial crítico, o Ansys SIwave™ surge como uma ferramenta especializada para a análise de integridade de potência (PI), integridade de sinal (SI) e interferência eletromagnética (EMI). Aplicável tanto a placas de circuito impresso (PCBs) quanto a encapsulamentos de circuitos integrados (ICs), o software permite solucionar sistemas complexos de distribuição de energia e canais de alta velocidade. Através de um fluxo de trabalho estruturado no Workflow Wizard, o engenheiro pode importar geometrias de diversos padrões da indústria, como IPC-2581, ODB++ e formatos Cadence.
Para estudar os riscos térmicos citados anteriormente, a análise de DC IR Drop do SIwave calcula a queda de tensão e a densidade de corrente nos planos de alimentação. Essa simulação identifica se os reguladores de tensão estão fornecendo a potência adequada e alerta sobre áreas onde a alta densidade de corrente pode causar danos físicos às trilhas e vias. Além disso, a ferramenta oferece uma conexão direta com o solver térmico Ansys Icepak®, permitindo uma análise preditiva da elevação de temperatura causada pelo fluxo de corrente. Complementarmente, a configuração de Integridade de Potência (PI) define portas de conexão e malhas de aterramento para garantir a estabilidade elétrica do sistema.
No domínio da integridade de sinal, o SIwave automatiza a verificação de conformidade para interfaces de alto desempenho, como as memórias DDR (Double Data Rate), realizando extrações físicas precisas e análises de diagrama de olho. Ferramentas integradas como o Impedance Scan e o Crosstalk Scan permitem detectar rapidamente violações de impedância e interferências eletromagnéticas entre trilhas adjacentes (NEXT e FEXT). Ao identificar nets agressoras e vítimas ainda na fase de projeto, o SIwave assegura que o hardware miniaturizado mantenha o desempenho de alta velocidade sem comprometer a confiabilidade operacional a longo prazo.
Em resumo, o Ansys SIwave apresenta-se como uma solução robusta e indispensável para o fluxo de projeto moderno, estando totalmente otimizado para Integridade de Sinal (SI), Integridade de Potência (PI) e Interferência Eletromagnética (EMI) em PCBs e encapsulamentos. Sua capacidade de antecipar falhas elétricas e térmicas em ambientes de alta densidade garante que a inovação tecnológica caminhe junto com a segurança e a durabilidade do produto final.
Simulação de alta frequência para estruturas 3D complexas
Além do SIwave, o catálogo da Ansys oferece o Ansys HFSS™ 3D Layout, uma solução que se diferencia por sua interface totalmente integrada no Ansys Electronics Desktop (AEDT)™. Esta ferramenta permite a simulação de campos eletromagnéticos de alta frequência com a implementação de estruturas 3D de alta complexidade, solucionando desafios de projeto com extrema fidelidade por meio da tecnologia inovadora de geração de malha Phi mesher. Ao focar na geometria 3D real do layout, incluindo detalhes como bondwires, vias e solder balls, o HFSS 3D Layout possibilita uma análise rigorosa de componentes de RF e antenas, garantindo que o desempenho eletromagnético do produto final atenda aos requisitos mais rigorosos de Pesquisa e Desenvolvimento.
Co-simulação: Integração de fluxos para projetos altamente confiáveis
A integração entre essas ferramentas potencializa ainda mais a confiabilidade do projeto, permitindo que o engenheiro utilize regiões do HFSS dentro do ambiente SIwave para resolver pontos críticos com maior precisão. Enquanto o SIwave trata a integridade de potência e sinal em larga escala, o HFSS 3D Layout pode ser aplicado para realizar análises de EMI/EMC e interferências de radiofrequência (RFI) em ambientes complexos. Esse fluxo de co-design e co-simulação preenche a lacuna entre os projetistas de CIs e de sistemas, oferecendo informações valiosas desde as fases iniciais e reduzindo drasticamente o tempo do ciclo de projeto ao evitar prototipagens físicas desnecessárias.
