硅基三維異構集成射頻微系統的多物理場耦合仿真與設計
電子技術應用
張睿1，朱旻琦2，楊兵2，馮政森2，王輅2，張先榮1，陸宇1，蔡源1，邱釗1
1.中國電子科技集團公司第十研究所；2.中國電子科技集團公司第五十八研究所
摘要： 利用硅基三維異構集成工藝設計一款射頻微系統，以滿足設備對射頻模組高性能、小型化的需求。為了在設計初期充分評估該微系統的潛在可靠性風險，根據工藝特征以及產品在多物理場中的耦合現象，建立一種面向硅基三維異構集成工藝射頻微系統的多物理場一體化仿真流程，逐一分析所涉及的電-熱耦合和熱-力耦合過程，預判產品在工作條件下的熱學和力學特性，為設計環節提供針對性的指導，預先規避可靠性風險，從而有效提高一次性設計成功率。
中圖分類號：TN453 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234510
中文引用格式： 張睿，朱旻琦，楊兵，等. 硅基三維異構集成射頻微系統的多物理場耦合仿真與設計[J]. 電子技術應用，2024，50(5)：1-6.
英文引用格式： Zhang Rui，Zhu Minqi，Yang Bing，et al. Multi-physics coupling simulation of silicon-based 3D heterogeneous integrated RF microsystems[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(5)：1-6.
中文引用格式： 張睿，朱旻琦，楊兵，等. 硅基三維異構集成射頻微系統的多物理場耦合仿真與設計[J]. 電子技術應用，2024，50(5)：1-6.
英文引用格式： Zhang Rui，Zhu Minqi，Yang Bing，et al. Multi-physics coupling simulation of silicon-based 3D heterogeneous integrated RF microsystems[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(5)：1-6.
Multi-physics coupling simulation of silicon-based 3D heterogeneous integrated RF microsystems
Zhang Rui1，Zhu Minqi2，Yang Bing2，Feng Zhengsen2，Wang Lu2，Zhang Xianrong1，Lu Yu1，Cai Yuan1，Qiu Zhao1
1.The 10th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation； 2.The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： We designed an RF microsystem by using silicon-based three-dimensional heterogeneous integration process to meet the requirements of high performance and miniaturization of RF modules. To fully evaluate the potential reliability risk of the microsystem in the early stage of design, we establish a multi-physics integrated simulation process for this RF microsystem according to the process characteristics and the multi-physics coupling phenomenon. Then we analyze the electro-thermal and thermal-mechanical coupling processes involved, predict the thermal and mechanical characteristics of the product under working conditions, provide targeted guidance for the design process, and avoid reliability risks in advance, so as to effectively improve the success rate of one-time design.
Key words : silicon-based 3D heterogeneous integrated RF microsystem；multi-physics coupling simulation；electro-thermal coupling；thermal-mechical coupling
引言
微系統技術著眼于多功能裸芯的片內高密度集成，是實現集成電路小型化、突破摩爾定律極限的重要解決途徑之一[1]，融合了體系架構、算法、微電子、微光子、微機電系統五大要素[2]，采用新的設計方法和制造方法將傳感、處理、執行、通信、能源五大功能集成在一起，兼具設計靈活性、工藝兼容性、環境適應性和成本優勢[3]，成為行業關注的重點。然而，受到自身集成規模的影響，微系統在架構合理性、散熱有效性和結構可靠性等多方面存在設計難度，且這些因素是影響整個電子系統穩定運行的關鍵。從物理現象發生機理的角度考慮，微系統產品的高集成度使其在實際工作中受到電磁場、熱場和應力場的協同作用，表現為一個復雜的多物理場耦合系統。使用有限元多物理場仿真技術能夠準確描述這些現象的物理過程，在設計初期進行方案評估，分析當前方案的潛在風險，及時反饋可行的優化建議，有效提高產品研發效率。因此，針對微系統的多物理場耦合仿真分析已受到行業內的廣泛關注，成為近年來研究的熱點。
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作者信息：
張睿1，朱旻琦2，楊兵2，馮政森2，王輅2，張先榮1，陸宇1，蔡源1，邱釗1
（1.中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036；2.中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）
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