全球的封裝設計普及率和產能正在不斷擴大。封裝產能是一個方面，另一方面是在原型基板和封裝上投入資源之前，進行測試和評估的需求。這意味著設計人員需要利用仿真工具來全面評估封裝基板和互連。

異構集成器件的封裝是非常先進的設計，當然也需要電氣仿真。但是這些熱機電系統是否還需要其他仿真呢？您也許已經猜到了，確保高可靠性封裝涉及到一系列測試，而多用途仿真工具可以提供高準確度的結果。

先進封裝的三個仿真領域

從大方面來說，需要從三個不同領域開展仿真和實驗來確保可靠性。首先要先進行仿真，這為設計團隊提供了在測試之前修改封裝的機會。三個主要的仿真領域是：電氣、機械和熱。

下圖展示了簡單芯片封裝及其引線框架的典型 3D 仿真結果。雖然圖中只顯示了熱結果，但原則上，熱行為與電氣行為和機械行為這兩個領域存在關聯，具體取決于封裝材料屬性。在驗證可靠性時，需要結合使用專門的仿真軟件來檢查這三個領域。

熱機械仿真

熱仿真和機械仿真都很重要，但從確保可靠性的角度來說，熱機械多物理場仿真也同樣重要。這些仿真可以進入非線性領域，呈現極端溫度變化或重復的熱循環中的情況。

在同一系統中同時考慮熱行為和機械行為時，我們可以看到封裝中的熱應力，從而更準確地衡量可靠性。多物理場仿真需要輸入明確定義了的材料參數才能獲得準確的結果。通過仿真可以檢測多個性能，例如疲勞、應力和應變，以及由于熱膨脹系數失配而導致的界面應力。

電氣仿真

異構集成器件的先進封裝在電氣方面處于領先地位，通常在當前相對更先進的技術節點上運行。這通常意味著數據速率非常高，封裝互連結構非常小，所需的通道帶寬很高，并且需要采用獨特的布線方法，例如跨層布線。

在查看封裝內部時，我們可以看到，有幾個區域的驗證需要全波電磁仿真。首先，要進行信號完整性仿真：

對于通過封裝進入 PCB 的更簡單的接口，高速信號完整性仿真并不那么重要。但是，如果封裝支持具有最新高速接口的先進器件，那么電氣仿真非常重要。信號在到達封裝底部的 ball-out 之前不能丟失，上述的仿真列表旨在確定何時會發生這種情況。

在封裝中，需要仿真的一個重要領域是電源分配。封裝中的電源完整性和電源分配拓撲與在 PCB 中一樣重要。事實上，這兩個領域共同作用，確保了在非常寬的帶寬內實現低阻抗。封裝中的電源主要由電源軌提供，并最終通過 RDL 布線傳輸到裸片 bump 上。系統必須在 PCB 變為電感的較高頻率范圍內提供低阻抗。

該領域的最新仿真模式是兼顧電源影響的信號完整性，在該模式中，電源故障和電源完整性也作為信號完整性仿真過程的一部分。這些仿真方法非同尋常，需要使用非常復雜的 SPICE 電路來預測同一仿真中的電源和信號行為。Cadence Celsius Thermal Solver 是第一種專為電氣與機械工程師設計的熱分析技術。電氣工程師可以擴展電源完整性分析，包括快速、準確和易于使用的熱仿真；而機械工程師可以擴展他們現有的熱分析方法，包括因電熱相互作用產生的真實熱源。