Cómo la simulación puede ayudar en la fiabilidad de semiconductores y chips
Descubre cómo resolver los desafíos de miniaturización y disipación térmica en semiconductores utilizando herramientas de simulación Ansys
Actualmente, uno de los mayores desafíos en el estudio y desarrollo de la electrónica es la miniaturización, impulsada por la demanda constante del mercado de dispositivos cada vez más pequeños, ligeros y portátiles. Esta tendencia no se restringe solo a las placas base de ordenadores o smartphones, ejemplos más visibles en el cotidiano, sino que afecta principalmente a los circuitos integrados (ICs) y sistemas embebidos de alta densidad. Localizados en el núcleo de los sistemas, estos componentes son responsables del procesamiento de señales complejas y de la inteligencia del hardware.
Sin embargo, al reducir las dimensiones, surgen obstáculos críticos de ingeniería: el aumento de la densidad de potencia en áreas reducidas genera cuellos de botella en la gestión térmica y compromete la integridad de la señal. En sistemas donde el espacio es mínimo, el calor excesivo y la interferencia electromagnética entre componentes cercanos pueden causar fallos graves, pudiendo provocar desde comportamientos erráticos inmediatos hasta fallos estructurales permanentes.
Por ello, la utilización de simulación multifísica se vuelve indispensable, permitiendo que los ingenieros estudien el comportamiento térmico, mecánico y eléctrico de estos circuitos internos antes incluso de la fabricación, garantizando la fiabilidad necesaria para aplicaciones en sectores exigentes como el automotriz y el aeroespacial.
Análisis integral de potencia, señal y electromagnetismo
En este contexto de creciente miniaturización y alta densidad de componentes, donde la precisión del análisis electromagnético se convierte en un diferencial crítico, Ansys SIwave™ surge como una herramienta especializada para el análisis de integridad de potencia (PI), integridad de señal (SI) e interferencia electromagnética (EMI). Aplicable tanto a placas de circuito impreso (PCBs) como a encapsulados de circuitos integrados (CIs), el software permite solucionar sistemas complejos de distribución de energía y canales de alta velocidad. A través de un flujo de trabajo estructurado en el Workflow Wizard, el ingeniero puede importar geometrías de diversos estándares de la industria, como IPC-2581, ODB++ y formatos Cadence.
Para estudiar los riesgos térmicos citados anteriormente, el análisis de DC IR Drop del SIwave calcula la caída de tensión y la densidad de corriente en los planos de alimentación. Esta simulación identifica si los reguladores de tensión están suministrando la potencia adecuada y alerta sobre áreas donde la alta densidad de corriente puede causar daños físicos a las pistas y vías. Además, la herramienta ofrece una conexión directa con el solver térmico Ansys Icepak®, permitiendo un análisis predictivo de la elevación de temperatura causada por el flujo de corriente. Complementariamente, la configuración de Integridad de Potencia (PI) define puertos de conexión y mallas de tierra para garantizar la estabilidad eléctrica del sistema.
En el dominio de la integridad de señal, el SIwave automatiza la verificación de conformidad para interfaces de alto rendimiento, como las memorias DDR (Double Data Rate), realizando extracciones físicas precisas y análisis de diagrama de ojo. Herramientas integradas como el Impedance Scan y el Crosstalk Scan permiten detectar rápidamente violaciones de impedancia e interferencias electromagnéticas entre pistas adyacentes (NEXT y FEXT). Al identificar nets agresoras y víctimas aún en la fase de diseño, SIwave asegura que el hardware miniaturizado mantenga el rendimiento de alta velocidad sin comprometer la fiabilidad operativa a largo plazo.
En resumen, Ansys SIwave se presenta como una solución robusta e indispensable para el flujo de diseño moderno, estando totalmente optimizado para Integridad de Señal (SI), Integridad de Potencia (PI) e Interferencia Electromagnética (EMI) en PCBs y encapsulados. Su capacidad de anticipar fallos eléctricos y térmicos en entornos de alta densidad garantiza que la innovación tecnológica camine junto con la seguridad y la durabilidad del producto final.
Simulación de alta frecuencia para estructuras 3D complejas
Además del SIwave, el catálogo de Ansys ofrece el Ansys HFSS™ 3D Layout, una solución que se diferencia por su interfaz totalmente integrada en Ansys Electronics Desktop (AEDT)™. Esta herramienta permite la simulación de campos electromagnéticos de alta frecuencia con la implementación de estructuras 3D de alta complejidad, solucionando desafíos de diseño con extrema fidelidad por medio de la tecnología innovadora de generación de malla Phi mesher. Al centrarse en la geometría 3D real del layout, incluyendo detalles como bondwires, vías y solder balls, el HFSS 3D Layout posibilita un análisis riguroso de componentes de RF y antenas, garantizando que el rendimiento electromagnético del producto final cumpla con los requisitos más estrictos de Investigación y Desarrollo.
Co-simulación: Integración de flujos para diseños altamente confiables
La integración entre estas herramientas potencia aún más la fiabilidad del proyecto, permitiendo que el ingeniero utilice regiones del HFSS dentro del entorno SIwave para resolver puntos críticos con mayor precisión. Mientras que el SIwave trata la integridad de potencia y señal a gran escala, el HFSS 3D Layout puede aplicarse para realizar análisis de EMI/EMC e interferencias de radiofrecuencia (RFI) en entornos complejos. Este flujo de co-diseño y co-simulación cierra la brecha entre los diseñadores de CIs y de sistemas, ofreciendo información valiosa desde las fases iniciales y reduciendo drásticamente el tiempo del ciclo de proyecto al evitar prototipados físicos innecesarios.
