作者：光纖在線編輯 劉錚博士

9/17/2025，光纖在線訊，CPO光電合封是當(dāng)前半導(dǎo)體和光通信行業(yè)的熱點(diǎn)，在Ansys2025全球仿真大會上同樣少不了CPO的話題。在12日會議第二天上午的論壇中有兩場來自Ansys工程師的演講先后聚焦這個(gè)話題，展示了Ansys多物理場仿真的強(qiáng)大能力。

     Ansys半導(dǎo)體產(chǎn)品高級技術(shù)總監(jiān)Teongming Cheah先生的開場致辭中提到一個(gè)數(shù)字，就是Ansys至今已經(jīng)幫助客戶累計(jì)完成175個(gè)3D IC的流片項(xiàng)目。這個(gè)數(shù)字說多不多，說少不少，一方面反映了Ansys從芯片到系統(tǒng)級別的多物理引擎，多階段仿真能力，從概念，優(yōu)化到簽核Sign off的全流程能力，另一方面也說明其實(shí)3D IC在半導(dǎo)體領(lǐng)域還是新興事物。

     Ansys光學(xué)應(yīng)用技術(shù)主管周錚的報(bào)告題目“CPO下硅光芯片設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)”還有Ansys高級產(chǎn)品專家趙繼芝的報(bào)告“3DHI中共封裝光學(xué)CPO的多物理挑戰(zhàn)和解決方案”圍繞光，熱，結(jié)構(gòu)，電多物理場的仿真設(shè)計(jì)，特別是Ansys在已知CPO案例中的先進(jìn)封裝實(shí)踐，讓編輯對當(dāng)前CPO的真實(shí)發(fā)展水平有了更好的認(rèn)識。

     臺積電TSMC的COUPE硅光平臺是最為吸睛的CPO實(shí)踐，而周錚指出，在這個(gè)框架的實(shí)現(xiàn)中，Ansys的產(chǎn)品扮演了關(guān)鍵角色：光的IO是用Zemax設(shè)計(jì)，光子芯片用Lumercial設(shè)計(jì)，多Die的電源完整性signoff用RedHawk-SC和Totem，Die之間高頻電磁仿真用RaptorX，整個(gè)異質(zhì)系統(tǒng)的熱管理用RedHawk-SC Electrothermal。這些產(chǎn)品中周錚最擅長的是Lumercial，這里面包括三個(gè)重要工具：用于光子芯片核心器件設(shè)計(jì)的FDTD/MODE/Multiphysics, IC級的模擬器INTERCONNECT，以及面向光子PDK的緊湊模型工具CML Compiler。這些產(chǎn)品的結(jié)合，在硅光芯片設(shè)計(jì)的幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以發(fā)揮作用。比如硅光設(shè)計(jì)中重要的邊緣耦合環(huán)節(jié)，Lumercial提供了有限差分本征模式求解FDE和本征模式擴(kuò)展求解EME兩種工具，可以準(zhǔn)確計(jì)算耦合損耗。同樣在垂直光纖到芯片耦合中，Lumercial和Zemax的結(jié)合，通過ZBF數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了微觀和宏觀級別光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)合。進(jìn)一步結(jié)合optiSLang還可以實(shí)現(xiàn)仿真自動化和優(yōu)化流程。周錚最后的結(jié)論是，Ansys提供了面向PIC和CPO設(shè)計(jì)的最好的模擬工具，涵蓋了除器件級別設(shè)計(jì)之外的CPO/PIC設(shè)計(jì)全流程。

     趙繼芝女士有著和流片廠打交道的豐富經(jīng)驗(yàn)。她告訴聽眾，CPO面對的主要挑戰(zhàn)就是不同器件間的多物理場的耦合。CPO的3DHI（異質(zhì)集成）設(shè)計(jì)本身就是多物理場實(shí)現(xiàn)的范例。電磁的部分有電源完整性，ESD分析，電磁場建模，信號完整性，熱的部分也有完整性和邊界條件分析等，結(jié)構(gòu)部分也是結(jié)構(gòu)完整性分析。Ansys的電子桌面工具（AEDT） HFSS+RaptorX+Q3D Extractor提供了完整的電磁分析能力。RedHawk-SC ，Totem-SC，RedHawk-SC-ET，Icepak等提供了多尺度的電、熱分析能力。

     兩位Ansys工程師的介紹讓編輯對Ansys琳瑯滿目的仿真分析工具印象深刻。AI工具給出的說法是，Ansys提供了一個(gè)為CPO這類尖端技術(shù)量身定制的、覆蓋“電-熱-力-光”的完整多物理場仿真生態(tài)系統(tǒng)。 其主要產(chǎn)品包括：
?    電磁與SI/PI：HFSS, SIwave, Circuit, RaptorX
?    熱管理：RHSC-ET, Icepak
?    結(jié)構(gòu)力學(xué)：Mechanical
?    光學(xué)：Zemax
?    光子學(xué)：Lumerical
?    協(xié)同平臺：AEDT, Workbench, optiSLang

     一段時(shí)間以來，編輯一直對CPO真實(shí)實(shí)現(xiàn)的可能性存在疑問。但是聽完Ansys這些介紹，編輯不禁在想，今天的設(shè)計(jì)工具的發(fā)展也許可以克服CPO發(fā)展天然存在的許多難題，多物理場的仿真設(shè)計(jì)，有望為CPO發(fā)展帶來光明的前景。