Полное руководство по совместному проектированию печатных плат в 2026
С тенденцией развития электронных устройств в сторону миниатюризация, высокая производительность, и высокая надежность, гетерогенные интеграционные решения, объединяющие несколько функциональных микросхем (Чиплеты) на один Подложка печатной платы постепенно вытесняют традиционные монолитные конструкции микросхем.
Эта модель интеграции разделяет сложные SoC на независимые функциональные модули и оптимизирует затраты и производительность за счет использования различных узлов процесса.. В качестве основного носителя межсоединения, а степень сотрудничества между Дизайн печатной платы и микросхемы напрямую определяют верхний предел производительности системы.
В отличие от традиционных подходов к проектированию, современный Совместное проектирование печатных плат подчеркивает синхронное планирование печатных плат и микросхем. С самого начала проекта, барьеры среди электроники, механика, Производство, и домены цепочки поставок устраняются. Благодаря глубокой координации в оптимизация слоев, через макет, и планирование пути прохождения сигнала, можно получить три основных преимущества:
-
40% повышение эффективности проектирования
-
30% снижение частоты доработок
-
18% оптимизация затрат
1.1 Обновление основной ценности совместного проектирования: От «параллельной работы» к «глубокой интеграции»
Гетерогенная интеграционная адаптация
Благодаря раннему сотрудничеству между проектированием печатных плат и ИС, ключевые вопросы, такие как сопоставление выводов многочипового процессора, Сопоставление импеданса, и распределение мощности можно решить, чтобы обеспечить плавную интеграцию чипов, изготовленных на разных технологических узлах.
Заблаговременное снижение рисков при использовании полного соединения
Потенциальные проблемы в Целостность сигнала (И), Силовая целостность (Пик), и конфликты термического стресса можно выявить на ранней стадии, особенно для высокоскоростных интерфейсов, таких как PCIe и SerDes, решение таких проблем, как отражение и джиттер.
Сотрудничество на протяжении всего жизненного цикла
Реализация замкнутой координации между дизайн, моделирование, Производство, и цепочка поставок, гарантируя, что решение проектируемый, технологичный, добытый, и надежный.
1.2 Четыре типичных сценария применения совместного проектирования
Гетерогенные интегрированные системы
Например, Серверы искусственного интеллекта и высокопроизводительные процессоры с использованием Чиплет + Архитектуры интеграции печатных плат.
Высокоскоростное и высокочастотное оборудование
Такие продукты, как 5Базовые станции G и оптические модули требующие строгого контроля потери сигнала.
Прецизионные электронные устройства
Такие приложения, как носимые и имплантируемые медицинские устройства которые требуют чрезвычайно строгих ограничений по размеру и надежности.
Большие и сложные проекты
Оборонные и аэрокосмические проекты, включающие межрегиональный R&D-команды и несколько поставщиков.
Пять основных стратегий совместного проектирования печатных плат
2.1 Междоменное сотрудничество: Механизм синхронного планирования для печатных плат и микросхем
Ядро гетерогенной интеграции заключается в плотное соответствие между печатной платой и микросхемой, требующий совместного рабочего процесса «раннее согласование – обмен данными – динамическая оптимизация».
Совместная работа по сопоставлению контактов
На ранней стадии проекта, синхронизировать Определения выводов микросхемы с требованиями к маршрутизации печатной платы чтобы гарантировать, что направления ввода-вывода и расположение высокоскоростных интерфейсов соответствуют плану компоновки печатной платы., избежание последующего переопределения выводов.
Инструменты синхронизации данных
Используйте специальные платформы для совместной работы, такие как Совместный дизайн Cadence Allegro и Наставник Xpedition для обеспечения обмена данными в реальном времени, такими как чертежи упаковки, силовые соединения, и термопрокладки, поддержка двунаправленных обновлений.
Стекирование и адаптация архитектуры чипа
Создайте Структура стека печатной платы на основе требований к сети питания IC и наземному уровню, оптимизация индуктивности пути возврата мощности. Такие технологии, как микроотверстия типа «переходное отверстие в площадке» и многоуровневые микроотверстия может использоваться для достижения компактных соединений.
Практический случай
А 32-радиочастотный модуль канала 5G принял решение по интеграции Chiplet. Благодаря раннему сотрудничеству между проектированием печатных плат и ИС, расположение контактов чипы памяти (продвинутые узлы процессов) и аналоговые чипы (зрелые узлы процесса) был заблокирован заранее.
Стек печатной платы был спроектирован как 12-Слой структуры ИЧР, использование технологии многослойных микропереходов для достижения Распределение мощности с низкой индуктивностью внутри 1.2 мм толщина доски, уменьшение вносимых потерь сигнала за счет 15%.
2.2 Межинструментальное сотрудничество: Бесшовная интеграция ECAD / МКАД / ЭДА
Устранение барьеров, связанных с инструментами, является ключом к повышению эффективности совместной работы.. Схемы совместной работы инструментов для гетерогенных сценариев интеграции следующие::
| Измерение сотрудничества | Основная комбинация инструментов | Метод сотрудничества | Основные преимущества |
|---|---|---|---|
| Сотрудничество печатных плат и ИС | Каденс Аллегро + Инновус, Наставник Xpedition + Калибр | Единая модель данных, синхронизация в реальном времени | Поддерживает динамическое согласование между выводами микросхемы и маршрутизацией печатной платы., оптимизация производительности высокоскоростного интерфейса |
| Сотрудничество PCB-MCAD | Алтиус Дизайнер + Солидворкс, НХ + Аллегро | Обмен данными IDF/STEP, связь в реальном времени | Устраняет пространственные конфликты между чипами и корпусами., соответствие требованиям к тепловому расширению |
| Совместная работа по моделированию | Сигрити + с высоким содержанием насыщенных жиров, соли и/или свободных сахаров, Ансис Айспак | Обмен данными моделирования, вызов перекрестного инструмента | Включает одновременный SI / Пик / тепловое моделирование для раннего снижения рисков производительности |
2.3 Сотрудничество в команде: Модульное управление и контроль версий
Стратегия декомпозиции задач
Разделите задачи по всему рабочему процессу:
Определение интерфейса микросхемы → проектирование печатной платы → высокоскоростная маршрутизация → проверка моделирования → адаптация к производству, четкое определение обязанностей команд ИК, команды печатных плат, и команды моделирования.
Система контроля версий
Усыновить Сейф + PLM-системы централизованно архивировать файлы определения выводов, схемы стека, данные маршрутизации, и отчеты о моделировании, поддержка отслеживания изменений (НАПРИМЕР., REV_A04) и обнаружение конфликтов.
Механизм связи с обратной связью
Установить процесс запрос на изменение → межкомандная проверка → выполнение → проверка, запуск уведомлений через платформы для совместной работы, чтобы избежать отклонений информации, вызванных устным общением.
2.4 Совместная работа на основе моделирования: Комплексная гарантия производительности
Гетерогенные системы интеграции требуют более строгого сотрудничества при моделировании, охватывающего сигнал, власть, термический, и производственные размеры.
Моделирование целостности сигнала
На основе характеристик драйвера микросхемы и моделей импеданса., моделировать отражение и перекрестные помехи в высокоскоростных линиях передачи, оптимизировать согласование длины дифференциальной пары и с помощью геометрии, и устранить заглушки сигнала.
Моделирование целостности электропитания
Смоделируйте Сеть распределения электроэнергии (ПДН), оптимизировать размещение развязывающего конденсатора и толщина меди, Падение управляющего напряжения и пульсации тока, и уменьшить шум одновременного переключения.
Сотрудничество в области теплового моделирования
На основе карт мощности чипа, имитировать распределение температуры печатной платы. Улучшить отвод тепла за счет тепловые переходы, радиаторы, и подбор материала (такие как диэлектрические материалы с низкими потерями) при соответствии коэффициенту теплового расширения чипа.
DFM проверка моделирования
Заранее синхронизируйте правила производственного процесса (такой как Ламинирование HDI и контроль глубины микроотверстий) для обеспечения совместимости макета с процессами массового производства и сохранения урожайности.
2.5 Сотрудничество в цепочке поставок: От выбора компонентов до производства
Создание общей библиотеки компонентов
Интегрировать 3модели D, электрические параметры, и информация о цепочке поставок (инвентарь, Время выполнения, альтернативные компоненты) для чипсов, разъемы, и подложки для обеспечения синхронизированного доступа команд разработчиков ИС и печатных плат..
Совместное управление спецификациями
Синхронизировать Данные спецификации в режиме реального времени в процессе проектирования и координировать свои действия с отделами закупок, чтобы избежать нехватки микросхем и заранее подтвердить совместимость альтернативных компонентов..
Сотрудничество на производстве
Подтверждать субстратные материалы (например, подложки HDI и современные диэлектрические материалы.), процессы стека, и точность сверления с производителями печатных плат заранее, чтобы гарантировать, что конструкция соответствует требованиям массового производства.
Совместная разработка печатных плат
Руководство по выбору основного инструмента совместного проектирования печатных плат
| Название инструмента | Основные преимущества | Возможность гетерогенной интеграции | Типичные сценарии применения | Кривая обучения | Уровень затрат |
|---|---|---|---|---|---|
| Каденс Аллегро | Мощная высокоскоростная маршрутизация и возможность совместного проектирования IC-PCB. | Поддерживает сопоставление выводов чиплета, синхронизированное с маршрутизацией печатной платы. | Высококлассные гетерогенные интеграционные проекты (Серверы ИИ, 5Базовые станции G) | Высокий (1 год+) | Высокий |
| Наставник Xpedition | Совместная работа нескольких команд и централизованное управление библиотекой | Подходит для междоменных команд 10+ люди, поддерживает интеграцию нескольких чипов | Проекты автомобильной электроники и высококачественной бытовой электроники | Середина (2–3 месяца) | Средне-высокий |
| Алтиус Дизайнер | Простота в использовании, сильная интеграция с инструментами MCAD | Подходит для малых и средних гетерогенных интеграционных проектов., поддерживает обмен IDF/STEP | Промышленный контроль и носимые устройства | Низкий (1–2 месяца) | Середина |
| JLCEDA | Совместная работа в облаке и интегрированный рабочий процесс от проектирования до прототипа | Поддерживает быструю итерацию для небольших команд., подходит для проверки прототипа | Стартапы и быстрое прототипирование | Очень низкий (1–2 недели) | Низкий |
| Кикад | Открытый исходный конец, кроссплатформенный, расширяемость сценария | Подходит для проверки гетерогенной интеграции в проектах с открытым исходным кодом и командах разработчиков. | Создатели и дизайн прототипов стартапов | Середина | Бесплатно |
Рекомендации по выбору инструмента
-
Высококлассные гетерогенные интеграционные проекты (НАПРИМЕР., Чиплет-серверы): расставить приоритеты Каденс Аллегро для удовлетворения требований высокоскоростной и многочиповой совместной работы.
-
Приборы малой и средней точности (НАПРИМЕР., носимые устройства): Алтиус Дизайнер балансирует удобство использования и возможности совместной работы.
-
Чувствительные к затратам команды: выбирать JLCEDA (корпоративная версия) или Кикад сократить затраты на развертывание.
Практический случай: Совместная разработка 12-слойной печатной платы HDI со встроенным чиплетом
4.1 Предыстория проекта и проблемы
Требования к проекту
А 32-радиочастотный модуль канала 5G используя Гетерогенная интеграционная архитектура чиплетов (память + аналоговый чип + РФ чип).
Ключевые характеристики:
-
Поддерживать 10 Передача в Гбит/с 28 ГГц
-
Общая толщина системы ≤ 1.2 мм
-
Выход опытно-промышленного производства ≥ 99.5%
Основные проблемы
-
Многочиповое сопоставление выводов
-
Высокоскоростной контроль потери сигнала
-
Баланс термического напряжения
-
4-неделя быстрая доставка
4.2 Процесс реализации совместного проектирования
Раннее сотрудничество (1 неделя)
Команда IC и команда PCB подтвердили отображение контактов через Платформа совместного проектирования Cadence.
Тем временем, команда механиков завершила проектирование корпуса и обменялась данными с помощью Формат IDF, определение границы контура печатной платы.
Планировка и маршрутизация (2 недели)
Команда разработчиков печатных плат разделила задачи маршрутизации по модулям и использовала Возможности высокоскоростной маршрутизации Allegro оптимизировать дифференциальные пары.
В то же время, группа моделирования провела СИ/ПИ-анализ и предоставил обратную связь по оптимизации в режиме реального времени.
Проверка и оптимизация (1 неделя)
-
Экспортировано СТЕП-модели выполнить проверку механических взаимодействий и исправить два конфликта высоты чипа
-
Оптимизированный тепловой через макет посредством теплового моделирования
-
Синхронизировано правила ДФМ с производителем и регулируется по глубине и ширине дорожки
Доставка и производство
-
Цикл проектирования сокращен с 8 недель до 4 недели
-
Выход опытно-промышленной продукции достигнут 99.95%
-
Вносимые потери сигнала соответствуют требованиям
-
Стоимость снижена на 18% по сравнению с полноценным высокочастотным решением
Тенденции развития совместного проектирования печатных плат в 2025
Углубление гетерогенной интеграции
2.5D и 3D архитектуры становятся мейнстримом. Требования к совместному проектированию среди кремниевые переходники, Кремниевые мосты ЭМИБ, и печатные платы быстро увеличиваются, дальнейшее сокращение путей соединения.
Рабочие процессы проектирования с поддержкой искусственного интеллекта
Алгоритмы искусственного интеллекта применяются для оптимизация сопоставления выводов, совместная автоматическая маршрутизация, и прогнозирование конфликтов, потенциально сокращая циклы проектирования за счет над 50%.
Ускоренная конвергенция инструментов
Инструменты EDA развиваются в сторону «сотрудничество без границ» через IC, Печатная плата, моделирование, и производство. Обмен данными больше не будет требовать экспорта/импорта, позволяющий интеграция в реальном времени на протяжении всего рабочего процесса.
Зеленый совместный дизайн
Расчет углеродного следа и выбор экологически чистых материалов включены в соответствие с Стандарты зеленого производства ЕС, баланс производительности и устойчивости.
Сотрудничество в области оптических межсоединений
Высокопроизводительные конструкции печатных плат представляют технология оптического соединения. Совместное проектирование должно решать проблемы интеграции между оптические модули и электрические компоненты для поддержки более высоких скоростей передачи данных.
Заключение
С широким распространением гетерогенные интеграционные технологии, Совместное проектирование печатных плат превратилось из вспомогательный инструмент к возможности уровня базовой системы.
Для успешного совместного проектирования требуется:
-
Междоменный обмен данными как основа
-
Проектирование, основанное на моделировании, как основа
-
Сотрудничество в команде как гарантия
Это обеспечивает координацию всей цепочки между Печатная плата, IC, механическая конструкция, Производство, и цепочка поставок.
Будь то для крупные предприятия, разрабатывающие высокопроизводительные гетерогенные интеграционные системы или малые и средние компании, разрабатывающие прецизионные устройства, выбор подходящих инструментов и стратегий совместного проектирования может эффективно снизить риски, сократить циклы разработки, и оптимизировать затраты.
В будущем, только команды с сильные возможности глубокого сотрудничества получит конкурентное преимущество в развивающихся отраслях, таких как 5Г, ИИ, и новые энергетические технологии.
