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Home > ANSYS HFSS 教學 > HFSS 3D Layout端對端解決方案(封裝+PCB+連接器)
本文始於2023年，以2022R2 HFSS 3D Layout示範四種從封裝經PCB到連接器的端對端(end-to-end)模擬手法，比較其模擬差異並說明各自所長。
2023R1做3D Layout Assembly時的[Place Design]步驟在UI操作行為異常，此問題已在2023R2修復。
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封裝+PCB+連接器 3D結合 傳統方式直接求解 (方法二)
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問題與討論
7.1 本文的模擬手法可以搭配[Use Q3D to solve DC point] option嗎?
7.2 本文方法三中，[Mesh Fusion]選[Auto]時，連接器是以哪種網格技術求解的?
參考
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BGA封裝(SIwave解)
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封裝+PCB+連接器 以3DL Assembly連接求解 (方法一)
這是2016年(R17)開發的方法，其概念是把封裝、PCB、連接器都先各自設定好自己的埠與指定求解方式(HFSS/SIwave)，最後在HFSS 3D Layout內透過拖曳(或Copy/Paste)+[Place Design]+[Interface]\[Add Interface Ports on Unconnect Pins]+[LNA analysis]，得到整個串接的S參數。
其優點是可以PCB板子/BGA封裝用SIwave解，而連接器以HFSS解，最後3DL Assembly就是把這些各別解出的S參數"串接"起來的結果，求解速度快很多，但限制是沒有考慮這三部分彼此間的空間(上下)耦合。
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封裝+PCB+連接器 3D結合 傳統方式直接求解 (方法二)
這方法是把封裝、PCB、連接器在3DL內全部以HFSS解，有考慮這三部分彼此間的耦合。缺點除了求解時間長、耗用硬體資源多(RAM)，還可能會因為結構不同部分的尺寸比差異過大(超過1e+7)，導致網格困難，甚至初始網格失敗。
此例在[Design Settings] \ [HFSS Meshing Method] \ 設定[Phi Plus]可以輕易過關，但若以默認的[Phi mesh]或[Classic mesh]解，則會解(卡)很久。
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封裝+PCB+連接器 3D結合 以Mesh Fusion求解 (方法三)
這方法是把封裝、PCB、連接器在3DL內全部以HFSS搭配[Mesh Fusion]求解，有考慮這三部分彼此間的耦合。連接器以外用HFSS的[Phi mesh]解，而連接器本身以[Mesh Fusion]技術設定[Auto mesh]解。
在HFSS 3D環境內，對於HFSS 3D設計可以透過[Mesh Fusion]選[TAU]或[Classic] mesh，但在HFSS 3D Layout環境內，對於HFSS 3D設計透過[Mesh Fusion]只有[Phi]或[Classic]可選，沒有[TAU]。
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封裝+PCB+連接器 以HFSS region+SIwave求解 (方法四)
連接器與連接器下方PCB以HFSS(HFSS region)解，其餘PCB與封裝以SIwave解，有考慮連接器-PCB間與封裝-PCB間的耦合。
訣竅是：一開始PCB與BGA封裝貼合這步驟必須在SIwave內先做好後再輸出到HFSS 3D Layout。如果PCB與BGA封裝貼合這步驟在HFSS 3D Layout內做(如本文方法二、三所示)，會發生SIwave solver無法識別DIE端環形的gap port。
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方法一 vs. 方法二
方法一不考慮連接器-PCB、封裝-PCB間的耦合，方法二有考慮三部份彼此間的上下耦合。
S參數：0Hz~5GHz差不多(在5GHz約差1~2dB)，5G~10GHz則方法二偏較好(在10GHz約差6dB)。
求解時間：方法一以32G RAM/8核心筆記型電腦，全部解完只需要7~8分鐘，而方法二以512G RAM/40核心工作站，全部解完的時間約十幾小時，前者快了百倍速度。
方法二 vs. 方法三
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問題與討論
7.1 本文的模擬手法可以搭配[Use Q3D to solve DC point] option嗎?
Ans：只有方法一可以搭配使用[compute exact DC point] in SIwave或[Use Q3D to solve DC point] in HFSS 3DL，方法二、三目前(2023)並不支持使用[Use Q3D to solve DC point] in HFSS 3DL。
7.2 本文方法三中(step4)，[Mesh Fusion]選[Auto]時，連接器是以哪種網格技術求解的?
Ans：從求解後的profile內容可以看出，是採用Classic mesh。
7.3 封裝、PCB分開求解再串接與真實3D結合建模，後者除了較準，一般結果也較好(smaller loss)嗎?
Ans：是的。本站有另一篇專文"S參數--進階篇"，說明這現象背後的原因。
7.4 HFSS含[Mesh Fusion]的求解(方法三)在記憶體耗用與速度都大幅改善，這在所有案例上都成立嗎?
Ans：並非所有的題型都建議使用[Mesh Fusion]。
- 參考
全球首發
PCB(SIwave解)
連接器(HFSS解)
如果要把高速傳輸通道的這三部分一起模擬，在HFSS 3DL內該如何做呢?
有四種方法，各有所長，故事繼續看下去 ...
這兩種方法都有考慮三部份彼此間的上下耦合。
S參數：0Hz~10GHz都相同。
求解時間：方法三最終收斂的網格數(last adaptive mesh)330萬，比起方法二最終收斂的網格數470萬，少了30%，整個求解時間則節省約50%。
方法三[Mesh Fusion]是當需要全HFSS求解前提下的最佳選擇。
方法三 vs. 方法四
這兩種方法都有考慮上下耦合，但方法四由於是SIwave+HFSS協同求解，速度明顯更快(約快40倍)。
S參數：0Hz~5GHz差不多(在5GHz約差0.2~0.4dB)，5G~10GHz則方法四偏較好(在10GHz約差2dB)。
求解時間：方法四以64G RAM/8核心筆記型電腦，整個求解時間約十幾分鐘。
[Mesh Fusion]特別適合用於不同區域結構需要不同網格技術的題目。像本文中PCB(ECAD)+連接器(MCAD)的那一端，前者用Phi mesh後者用Classic mesh。(HFSS 3DL內不像Classic HFSS 3D可以跑TAU mesh，所以MCAD題目在3DL內採用Classic mesh)
這也就是為何我們在PCB+Package那端沒有特別採用[Mesh Fusion]的原因。