面向电热多物理耦合模拟的软件设计模式研究

发布时间：2021-10-17 12:04

　　电热多物理耦合泛指以电场和温度场为主的多个场相互作用而形成的物理现象。这类物理现象广泛存在于集成电路的运行过程中。尤其随着集成电路设计及制造工艺朝着三维系统级封装、异质异构集成的方向演进,功率密度显著增加,热与应力可靠性问题更加突出,并且与电磁问题相互耦合、相互影响,成为影响与制约电路性能与可靠性的核心因素,因此电热多物理耦合分析是大规模集成电路设计的核心环节之一。电热多物理耦合模拟并行软件是一类依靠并行计算机,采用数值计算的方法,对电热多物理耦合效应进行模拟与分析的高端软件。在微电子领域的大规模集成电路设计中,基于这类软件开展数值模拟,可以替代大量物理实验,是提升产品性能、节省制造成本、缩短研发周期的关键。但是大规模集成电路设计需要考虑的工艺工况多样,物理机理复杂,涉及电-热、电-热-力等多种类型的电热多物理耦合效应,以及静态、瞬态、时谐等多种分析类型。面向这种多样化的工程应用,如何快速研制满足不同分析需求的各种电热多物理耦合模拟并行软件,是一个挑战性问题。本文以电热多物理耦合数值模拟为切入点,面向快速研制多样化的多物理耦合并行软件的软件工程挑战,基于软件复用的思想,开展了电热多物理... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１恒稳电场－热耦合模型的间接耦合算法流程??１３??

（１）求解矢量波动方程，得到电场分布??（２）通过电场分布计算电场产生的焦耳热??（３）根据焦耳热，计算温度场??（４）根据温度场分布，计算电路中器件的电导率??（５）判断是否结束循环，如果没有跳到步骤１继续执行??（６）结束计算??开始???ｉ???－？求解矢量波动性方程??Ｉ??更新热源??Ｉ??求解热平衡方程??更新电学参数??是??Ｔ??结束??图２．２频域电场－热耦合模型的间接耦合算法流程??１５??

確??ｉｉ?ｉｉ??ｉｉ?ｉｉ??！?＼！／?！???ＭａｘｗｅｌｌＨｅａｔＣｏｕｐｌｅＥｑｕａｔｉｏｎＣｏｍｐｏｎｅｎｔ???＋ｓｅ?丨?ｕｐ（）??＋ｕｐｄａｔｅＨｅａｔ￥ｏｕｒｃｅ（）??＋ｕｐｄａｔｅＭａｘｗｅｌｌＣｏｎｓｔａｎｔ（）??＇?一?Ｖ…?；??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??温度场?Ｉ热源??Ｓｔｅａｄｙ?ＳｔａｔｅＨｅａｔＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＥｑｕａｔｉｏｎＣｏｍｐｏｎｅｎｔ??＋ｓｅｔｕｐＳｏｌｖｅ（）??＋ｓｏｌｖｅ（）??图３．?２电－热耦合模拟中的方程构件??最终个性化软件定制时，如图３．?３所示，只需耍在主控函数中声明并组合使用方??程构件与耦合变量计算构件，即可实现电热多物理耦合模拟，求解步骤包括：??（１）根据实际电热多物理耦合需求，选择合适的电磁方程构件、热学方程构件；??（２）调用电磁方程构件求解电磁场问题；??（３）调用物理场耦合变量计算构件更新焦耳热：??（４）调用热方程构件求解温度场；??（５）调用物理场耦合变量计算构件更新电学参数；??（６）判断计算是否结束，如果未结束跳转到步骤２；??２１??


本文编号：3441735