通过 Ansys Electronics Desktop 中的高级仿真优化 IC 设计

半导体行业继续通过日益复杂的集成电路 (IC) 设计突破技术界限。随着工艺节点缩小和电路密度达到前所未有的水平，电磁效应对设备性能和可靠性变得越来越重要。现代 IC 设计面临着来自复杂的布局相关耦合机制、信号完整性问题和功率分布问题的挑战，这些问题只有通过先进的电磁仿真才能充分解决。准确的 3D 仿真功能对于了解设备行为和在制造前识别潜在设计风险至关重要。为了满足这些需求，Ansys Electronics Desktop 中提供的 IC 模式提供了专门针对硅级结构的复杂仿真功能。

先进的仿真架构

IC 模式是一种专门的仿真环境，可解决芯片到系统级别的复杂设计挑战。Electronics Desktop 3D Layout 界面中的这一专用解决方案可实现中介层、RFIC 和片上电感器的信号和电源完整性特性，同时管理现代半导体设计固有的计算复杂性。IC模式使用专门针对 IC 应用的预处理、求解器和后处理技术定制 3D Layout 设计类型。该架构结合了复杂的预处理算法和多种求解器技术来处理高级设计的复杂几何形状。通过利用最先进的数值方法和优化技术，IC 模式可提供尖端半导体开发所需的精度，同时保持计算效率。

图 2：Ansys Electronics Desktop 中的 IC 模式模拟示例

简化数据集成

工程师可以通过多种途径轻松导入布局数据，包括直接集成 GDS 文件，支持加密和非加密技术文件。基于 XML 的自动化功能可实现系统化的预处理和仿真配置，从而大大减少人工干预的需要。IC Mode 集成框架支持复杂的设计层次结构，并在整个分析过程中维护关键层信息。这种自动化工作流程扩展到参数扫描、优化研究和批处理，从而以最少的用户干预实现全面的设计空间探索。

图 3：导入 GDS 文件会自动打开 IC 模式界面

智能几何处理

在 IC 规模上，随着特征尺寸缩小和布局密度增加，管理几何复杂性是关键。IC 模式实施了先进的预处理技术，包括通孔分组、基元捕捉和几何包裹，以处理现代 IC 设计中的许多特征。此工作流程结合了复杂的遏制和违规检查机制，以确保符合设计规则。自动修复和解析功能可确保设计可用于模拟，同时保持准确性并优化计算效率。专门针对半导体几何形状调整的高级网格划分算法可实现最佳元素分布和解决方案收敛。

图 4：IC 模式包括几何预处理功能，以确保求解器成功同时保持准确性。

多求解器集成

IC 模式可让您访问 Ansys 业界领先的电磁求解器，该求解器针对特定模拟场景进行了优化，并具有先进的数值方法来处理半导体规模的挑战。这种集成可以对复杂的 IC 设计进行全面分析：

• HFSS 采用全波有限元法生成高保真 S 参数和场数据，被视为电磁模拟的行业基准。 
• RaptorX 专注于片上硅设计，使用快速部分元件等效电路和随机游走方法精确表征布局相关效应和复杂耦合机制。 
• Q3D Extractor 提供详细的电阻、电感、电容和电导矩阵，以实现精确的电路仿真和信号完整性分析。
• HFSS PI 求解器提供专门针对电源完整性应用的加速 3D FEM 解决方案。

图 5：硅中介层模型示例，显示 100 GHz 的电场。

工程影响

Ansys Electronics Desktop 中的 IC Mode 仿真环境使半导体设计人员能够对硅级结构进行彻底的电磁分析，从而解决现代 IC 设计中固有的挑战。通过提供复杂耦合机制和布局相关效应的精确表征，IC Mode 可帮助工程师在设计周期的早期识别和解决潜在问题，从而减少迭代并加快上市时间。凭借集成的高保真度、高性能求解器以及自动化预处理功能，IC Mode 是高级半导体设计的绝佳工具。通过系统分析和优化，工程师可以开发出强大的 RFIC、3D-IC 和高级封装设计，以满足日益苛刻的性能要求。