半導體行業正快速超越傳統2D封裝技術，積極采用 3D集成電路（3D ICs）和2.5D 先進封裝等方案。這些技術通過異構芯粒、硅中介層和復雜多層布線實現更高性能與集成度。然而，由于電子計算機輔助設計（ECAD）數據規模龐大且結構復雜，這種技術演進給建模、仿真和可靠性評估帶來了重大挑戰。
01、現代 ECAD 模型日益增長的復雜性
現代 IC 封裝在多層布線中涉及數千條網絡，并采用多種具有不同物理特性的材料，導致 ECAD 數據集極為龐大，難以管理與分析。3D 存儲立方體和堆疊芯片封裝中的高密度布線及緊湊布局，還帶來了更高的功率密度和機械應力。設計人員面臨熱應力、分層、芯片翹曲和焊料疲勞等問題，這些都可能嚴重影響封裝的可靠性。傳統仿真工具難以高效處理此類精細模型，往往需要過長的運行時間，限制了早期設計探索的空間。
02、多物理場仿真面臨的挑戰
大規模 3D IC 封裝的多物理場仿真存在多重技術難點。首先，ECAD 數據的體量和復雜性對現有工具的模型導入與處理能力形成巨大壓力。精確分析需要耦合熱、機械、疲勞和電磁等多重物理效應，同時還需處理異質材料和薄層幾何結構。盡管全局精細網格劃分會帶來高昂的計算成本，但在關鍵區域仍不可或缺。此外，向系統級布局規劃和異質集成的轉型，也要求傳統 EDA 工具尚未完全支持的新型工作流程。
03、Altair SimLab 的突破性解決方案
Altair SimLab 通過專為大規模 ECAD 模型設計的革命性多物理場仿真環境，有效應對上述挑戰。該解決方案具備以下創新特性：
1.高效模型處理能力
將模型導入時間從數小時縮短至分鐘級，使常規桌面硬件即可完成精細仿真。
2.智能金屬映射技術
基于金屬與介電質的體積含量計算等效材料屬性，將精密布線結構簡化為有效的連續材料表征，同時保持仿真精度。
3.混合建模體系
采用差異化建模方法：
信號層處理為殼單元
過孔簡化為梁單元
絕緣層建模為實體單元
這種分層表示方式支持靈活的網格劃分策略
04、SimLab 的進階仿真能力
SimLab 通過創新的子模型技術進一步完善仿真流程，為設計人員提供高效精準的分析方案：
1.智能子模型分析
支持快速全局仿真結合跡線映射技術，精準定位需要詳細分析的關鍵區域
自動將位移等邊界條件從全局模型傳遞至局部子模型，實現速度與精度的最優平衡
2.多物理場集成環境
在統一界面中集成熱分析、熱應力分析、焊料疲勞分析和封裝可靠性分析
提供從熱力學到機械可靠性的完整解決方案
3.開放式求解架構
兼容第三方求解器接口
可擴展的多物理場分析能力
為先進封裝提供端到端的分析支持
05、Altair SimLab 如何賦能工程師創新
通過整合三大核心技術優勢，Altair SimLab 顯著提升工程仿真效率與精度：
1.全流程效率提升
可擴展的模型導入技術
靈活的混合建模方法
智能多物理場耦合分析
將仿真周期縮短達80%，預測準確率提升30%+
2.早期設計探索能力
支持在設計初期快速評估：
? 不同工藝節點的可行性
? 多種封裝配置方案
? 各類"假設分析"場景
幫助團隊基于數據驅動做出關鍵決策
3.可靠性驗證革新
實現關鍵結構的精細化分析：
焊球(solder bumps)疲勞壽命預測
過孔(vias)應力分布評估
互連(interconnects)可靠性驗證
提前識別90%以上的潛在失效風險。
4.商業價值創造
? 減少50%以上的設計返工
? 縮短40%產品開發周期
? 提升最終產品良率15-20%
06、Altair SimLab如何助力工程師
通過整合可擴展的模型導入、靈活的建模方法和多物理場耦合技術，Altair SimLab 使工程師能夠加速仿真流程并提升預測精度。設計人員可在設計周期早期快速探索"假設分析"場景，從而就工藝節點和封裝配置做出更明智的決策。高效的數據處理能力支持對焊球、過孔和互連結構進行詳細的可靠性分析，有助于在制造前識別潛在故障點。這種方法減少了昂貴的重新設計，縮短了開發周期，最終產出更可靠的半導體產品。
07、案例結果：顯著節省時間
Altair SimLab 的強大性能在實際測試案例中得到充分驗證。某42cm×34cm的大型PCB案例顯示，該板卡包含14個布線層和7500多條網絡。SimLab將模型導入時間從高性能計算系統所需的4個多小時縮短至普通筆記本電腦僅需5分鐘。另一66mm×66mm硅中介層案例中，12個布線層和3000多條網絡的導入時間從1小時縮減至3分鐘。這些結果充分證明，Altair高效的 ECAD 數據處理能力使得復雜多物理場仿真能夠在常規硬件上快速且經濟地完成。
08、總結
隨著半導體封裝技術持續向3D IC和異質集成方向發展，仿真工具必須跟上日益增長的復雜度挑戰。Altair SimLab 提供了一個可擴展的集成平臺，有效彌合海量ECAD 數據與精確多物理場分析之間的鴻溝。其創新的建模技術和高效的工作流程賦能設計人員加速創新、優化可靠性，并從容應對先進封裝技術的各項挑戰。通過革新大規模 ECAD 模型的導入與分析方式，Altair SimLab 在推動新一代半導體設備發展方面發揮著關鍵作用。
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