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仿真場(chǎng)景

本案例是16層PCB電源背板，在載大電流的情況下可能會(huì)出現(xiàn)壓降過(guò)大，導(dǎo)致元器件欠壓或過(guò)孔電流密度較大導(dǎo)致超出過(guò)孔承載裕量等問(wèn)題，嚴(yán)重情況下甚至?xí)龎倪^(guò)孔。通過(guò)PhysimDC仿真分析本案例，驗(yàn)證載240A大電流時(shí)是否出現(xiàn)上述問(wèn)題，載流方案是否可行，大通流的情況下是否帶來(lái)過(guò)大的功耗，過(guò)孔載流是否正常，壓降是否在規(guī)定裕量?jī)?nèi)。

案例簡(jiǎn)介

在本案例中,V_source（供電端）為手動(dòng)創(chuàng)建的model——V_man1，加源48V；I_Sink(用電端)為手動(dòng)創(chuàng)建的model——I_man1、I_man2、I_man3以及I_man4，各自載流60A，共240A。

此案例DC仿真的電源網(wǎng)絡(luò)的示意圖如下：

電路連接示意圖

仿真設(shè)置

分類電源/地網(wǎng)絡(luò)

將仿真的電源網(wǎng)絡(luò)_48V分類至Pwr Net，將對(duì)應(yīng)的地網(wǎng)絡(luò)分類至Gnd Net。

仿真網(wǎng)絡(luò)分類圖

選擇仿真電模型

本案例沒(méi)有可直接用作DC仿真的元器件，需要用戶手動(dòng)創(chuàng)建Circuit，具體流程操作詳見PhysimDC Tutorial中的案例三。

設(shè)置仿真參數(shù)

設(shè)置Vsource加源48V，設(shè)置4個(gè)Isink分別載流60A共240A。

供電端參數(shù)設(shè)置

負(fù)載端參數(shù)設(shè)置

仿真結(jié)果

壓降分析

加了240A電流的情況下，仿真壓降在40mV內(nèi)，壓降評(píng)估合理。

仿真壓降結(jié)果表格

電源網(wǎng)絡(luò)壓降分布云圖1

電源網(wǎng)絡(luò)壓降分布云圖2

地網(wǎng)絡(luò)壓降分布云圖1

地網(wǎng)絡(luò)壓降分布云圖2

電流密度分析

電流密度分布未出現(xiàn)異常，電流熱點(diǎn)在合理范圍內(nèi)，電流密度評(píng)估合理。

電流密度分布云圖1

電流密度分布云圖2

過(guò)孔電流分析

過(guò)孔電流熱點(diǎn)數(shù)據(jù)在過(guò)孔承載的裕量?jī)?nèi)，過(guò)孔載流評(píng)估合理。

過(guò)孔電流分布云圖1

過(guò)孔電流分布云圖2

功耗分析

功耗沒(méi)有過(guò)大的情況，功耗密度云圖分布未出現(xiàn)異常，功耗評(píng)估合理。

功耗結(jié)果表格

功耗密度分布云圖1

功耗密度分布云圖2

仿真結(jié)論

此背板在載流240A的情況下，壓降、功耗、電流熱點(diǎn)等仿真數(shù)據(jù)合理，在評(píng)估裕量?jī)?nèi)，2D結(jié)果分布云圖沒(méi)有出現(xiàn)異常，故認(rèn)為載流240A的方案可行。

適配行業(yè)

PhySimET是由芯瑞微（上海）電子科技有限公司，基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)開發(fā)的電熱協(xié)同仿真工具。

PhySimET充分考慮電與熱之間的相互影響，使用高精度網(wǎng)格剖分、高效精確的有限元（FEM）算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片級(jí)、板級(jí)等的電熱協(xié)同分析。PhysimET適用于多個(gè)行業(yè)，如半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、汽車、通信網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心、交換機(jī)、服務(wù)器等行業(yè)，幫助優(yōu)化其電子產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

本次案例為PhySimET在通信、基站硬件行業(yè)中的應(yīng)用，使用戶在電子產(chǎn)品實(shí)體化前進(jìn)行有效仿真，規(guī)避潛在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

場(chǎng)景描述

基站電源的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)電路板至關(guān)重要，將直接影響電路的功能性和穩(wěn)定性，若設(shè)計(jì)載流過(guò)大，將會(huì)引起一系列的直流問(wèn)題，嚴(yán)重情況下可能會(huì)造成設(shè)計(jì)電路因過(guò)熱而燒毀（焦耳熱效應(yīng)），若載流能力設(shè)計(jì)偏小，將造成設(shè)計(jì)閾值的冗余和硬件成本的浪費(fèi)。所以對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行直流優(yōu)化在設(shè)計(jì)方面至關(guān)重要。

案例簡(jiǎn)介

本案例用戶希望通過(guò)PhySimET來(lái)確認(rèn)此設(shè)計(jì)的最大載流能力。未優(yōu)化的原始設(shè)計(jì)載流為120A，電源背板最大可承載溫度為100℃，計(jì)劃通過(guò)仿真手段探索載流能力的上限，從而保證電源背板在溫度不超限值情況下，實(shí)現(xiàn)最大的設(shè)計(jì)載流能力。

仿真效果

通過(guò)PhySimET仿真發(fā)現(xiàn)，該電源背板的最大載流能力在達(dá)到180A后依然有較高的直流和熱的優(yōu)秀表現(xiàn)，于是將背板載流設(shè)計(jì)優(yōu)化成180A，大幅提升了電源背板的載流性能，設(shè)計(jì)閾值大幅提升。

優(yōu)化前

用戶的原始設(shè)計(jì)載流為120A。 

優(yōu)化后

通過(guò)PhySimET優(yōu)化后，載流能力變?yōu)?80A。

PhySimET在此案中的價(jià)值點(diǎn)

其主要的價(jià)值點(diǎn)在于，通過(guò)電源完整性仿真分析代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始設(shè)計(jì)電流的快速優(yōu)化迭代，尋找設(shè)計(jì)性能的最優(yōu)（溫度不超限值），將供電性能在可靠性和散熱要求下達(dá)到極致水平，并且PhySimET仿真耗時(shí)較短，精度準(zhǔn)確（與商用電熱仿真軟件相比，最高溫度相差2℃以內(nèi)）。

1、適配行業(yè):

通信、基站硬件行業(yè)。

2、場(chǎng)景描述:

客戶一站式服務(wù)需求，利用FPGA芯片/RSICV芯片以及外圍阻容等器件開展SiP定制設(shè)計(jì)。

3、案例介紹:

該方案使用FC+WB混合組裝方法,在ABF(Adaptive Beam Forming)基板頂部將FPGA、RISCV芯片和Flash組成微系統(tǒng)并通過(guò)焊盤進(jìn)行互聯(lián)。ABF基板底部利用BGA焊球與PCB實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。再在整個(gè)系統(tǒng)外部增加金屬蓋實(shí)現(xiàn)散熱，金屬蓋與ABF基板采用導(dǎo)熱硅脂粘接完成。

在基板設(shè)計(jì)完成之后，進(jìn)行對(duì)設(shè)計(jì)是否正確、系統(tǒng)性能、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性等進(jìn)行評(píng)估。這時(shí)，需要進(jìn)行SiP仿真分析:熱(Thermal Simulation)、直流(DCSimulation)、信號(hào)完整性(Signal Integrity Simulation)、電源噪聲仿真(Power Delivery Network Simulatioon)。

系統(tǒng)封裝設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行開發(fā)板設(shè)計(jì)。該開發(fā)板提供Socket接口、電源輸入、Debug接口、全局復(fù)位電路、時(shí)鐘系統(tǒng)、存儲(chǔ)接口(DDR、mirco SD)、以太網(wǎng)接口、USB接口、音頻接口、FMC插座等。

4、案例效果:

• 實(shí)現(xiàn)高集成度、小體積:尺寸不超過(guò)40X40mm，基板厚度不超過(guò)1mm，層數(shù)不超過(guò)10層。

• 多維度應(yīng)用:可實(shí)現(xiàn)多類別應(yīng)用，如存儲(chǔ)功能(DDR、eMMC)，音頻功能、千兆以太網(wǎng)、USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

• 該系統(tǒng)主頻不低于800MHz，運(yùn)算能力不低于2.0DMIPS/MHz，浮點(diǎn)運(yùn)算能力不低于4MFLOPS/MHz，F(xiàn)PGA容量不低于326,000 Logic Cells。

  
  

5、本公司在方案中的優(yōu)勢(shì):

本公司根據(jù)客戶需求，進(jìn)行SiP方案一站式設(shè)計(jì)服務(wù)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少客戶端開發(fā)應(yīng)用成本:原理圖設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)、自主開發(fā)軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證(熱仿真、直流仿真、信號(hào)完整性仿真、電源噪聲仿真等)、基板封裝加工生產(chǎn)測(cè)試、開發(fā)板設(shè)計(jì)組裝和測(cè)試。

1、服務(wù)器載板(大尺寸PCB)

實(shí)物展示

2、剛撓板

尺寸	14.076*5.088 cm
層數(shù)	12L L3~L10為軟板層
銅厚	0.5oz
總厚度	2.2mm
最小孔徑	1 mil
表面處理	沉金
工藝難點(diǎn)	軟板到孔的距離≥1.0mm;軟板層有阻抗需求
交期	PCB制板周期:20天

實(shí)物展示

3、補(bǔ)強(qiáng)板

尺寸	51.9*132.95mm
層數(shù)	8L(L3-L6為軟板層)
銅厚	內(nèi)層 0.5oz 外層1oz
總厚度	1.6mm，補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域:10.2mm
最小孔徑	0.2mm
表面處理	沉金
工藝難點(diǎn)	在8L軟硬結(jié)合板的基礎(chǔ)上增加補(bǔ)強(qiáng)，厚度由1.6mm→10.2mm， 厚度工差±0.4mm
交期	PCB+PCBA威品制造周期25天

實(shí)物展示

尺寸	6.82*6.82mm
層數(shù)	4L
銅厚	1 oz
總厚度	1.5mm
表面處理	鎳鈀金
工藝難點(diǎn)	4LPCB臺(tái)階板，兩階臺(tái)階，成品厚度:1.5mm，克服焊盤溢膠問(wèn)題
交期	PCB制板時(shí)間:15天

4、臺(tái)階板

實(shí)物展示

5、COB打線板

實(shí)物展示

底部連接器

1、適配行業(yè)：

底部連接器設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)消費(fèi)類產(chǎn)品上，目前市場(chǎng)上應(yīng)用產(chǎn)品主要為移動(dòng)電話、PDA、DSC(數(shù)碼相機(jī))以及MP3等便攜產(chǎn)品。

2、場(chǎng)景描述：

由于是直流回路，可選用普通電容器件。此端口可能會(huì)受到高能量的沖擊，可以選用集成TVS或分立的器件。

3、案例介紹：