SIMULIA ハイテク・ソリューション

データ・レートの増加と小型化への傾向により、電子設計はさらに困難さを増しています。チャネルとコンポーネントが増えるのに、それをますます狭くなる領域に組み込む必要があるということは、クロストークやその他のシグナル・インテグリティおよびパワー・インテグリティ(SI/PI)の影響の可能性が高まるということです。エラー率と干渉のリスクを低減するには、レイアウト中に SI/PI と電磁両立性(EMC)を考慮する必要があります。

電磁両立性(EMC)は、機器が他のシステムに干渉を与えることなく、潜在的な干渉を受け入れながらも動作する能力のことです。EMC シミュレーションでは、物理的なプロトタイプの構築にコストをかけず、バーチャル・プロトタイプを使用して EMC テスト・シナリオを再現します。これにより、解析プロセスが加速され、問題の特定が遅れてプロジェクトが遅延するリスクが軽減されます。

バッテリーは機器の中で最大のコンポーネントの 1 つであり、バッテリー寿命を延ばし、サイズと重量を減らすためには、バッテリーの容量を最大化することが重要です。シミュレーションにより、バッテリー・エンジニアは堅牢で安全なバッテリー・セルを設計し、機器の内部の熱を把握して制御できます。短絡、衝撃、膨張などの潜在的に危険なシナリオは、バーチャル・ツインで安全にテストできます。BIOVIA Materials Studio では、電極および電解質も分析できます。

公開インターネットとプライベート・ネットワークには、どちらも強力なバックボーンが必要です。複雑な環境で動作し、周波数帯を巡って競合するワイヤレス機器があまりにも多い場合、干渉を起こさずに信頼性の高い高速データ接続を確保することは非常に困難になる可能性があります。シミュレーションを使用すると、ルーターから送信アンテナまでのインフラストラクチャ・バックエンド機器を設計し、完全なシステムの一部として性能を最適化できます。EMC、パフォーマンス、シグナルおよびパワー・インテグリティ、熱冷却はすべて、統合ワークフローの一部として解析できます。

シミュレーションにより、5G の展開と今後の 6G テクノロジーの開発が可能になり、機器の設計とシステム・エンジニアリングにより、物理的なプロトタイプを構築する前にシステム・パフォーマンスを解析できるようになります。都市の街路やスマート工場などの複雑な物理環境での通信エリアは、シミュレーションを使用してマッピングすることで、さまざまなシナリオで受信状態の悪い場所を特定し、ワイヤレス・アンテナの配置を最適化できます。

家電はハイテク業界にとって最も重要な分野の 1 つです。家電市場は競争が激しく、顧客はより高速で効率的な機器だけでなく、より小型で軽量かつ安価でスタイリッシュな機器を求めています。この業界で競争力を維持するには、製品を市場に投入するために開発サイクルの迅速化が必要になります。また、コンプライアンス・テストのエラーによる遅延、コストのかかる再設計、リコールの可能性といったリスクを最小限に抑えることも必要です。

シミュレーションは、スマートフォンやノートパソコンからウェアラブル、スマート製品までの消費者向け電子機器の大手メーカーが、時間とコストのかかる物理的なプロトタイプをバーチャル・テストに置き換えるために使用します。性能、EMC、冷却、耐久性を実際の機器のバーチャル・ツインで解析できるため、設計プロセスのかなり早い段階で潜在的な問題を明らかにし、迅速に解決できます。製品が実際のユーザーの要件を満たすという確信が高まるため、製品をすばやく安価に市場に投入できます。

集積回路(IC)チップはパッケージ内に配置して保護されます。これにより、パッケージをプリント基板(PCB)に取り付けることができます。パッケージは、干渉やデータ損失を引き起こすことなく、ピンやボールグリッド・アレイ(BGA)などの接点を介して、PCB 上でデータ・チャネルから信号を送信できる必要があります。

電子エンジニアは、半導体パッケージ設計プロセスでシミュレーションを使用して、ソケットおよびパッケージを介した電流の伝播をモデル化し、潜在的なシグナル・インテグリティ(SI)およびパワー・インテグリティ(PI)の問題を特定します。シミュレーションでは、時間領域反射測定(TDR)やアイ・ダイアグラムなどの標準的なエレクトロニック・エンジニアリング・テストを仮想的に再現できるため、エンジニアはバーチャル・プロトタイプを構築することなく問題を見つけることができます。また、電磁界シミュレーションと熱シミュレーションを組み合わせることで、パッケージの冷却をモデル化して、ヒート・シンクやファンの配置を最適化することもできます。

小型化すると、非常に狭い領域に多くの電力が集中するため、相互接続やバッテリーなどのコンポーネントにかなりの熱が発生することになります。熱が生成される場所と熱放散の過程を理解するには、電磁気学、熱力学、流体力学を組み合わせた複数の専門分野にわたる問題に取り組む必要があります。マルチフィジックス・シミュレーションを組み合わせることで、エンジニアは熱源を特定し、効果的な冷却システムを設計することができます。