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電子行業

編輯:CAE軟件開發部 信息來源:本站原創 發布時間:2009年02月04日 瀏覽次

北京超算—電子行業數值模擬解決方案

一、電子行業現狀和超算數值模擬新思路

隨著我國各類基礎設施和電子產品開發正處于空前發展的時期,在光伏產業、LED新產品開發、電子元器件設計等工程領域中不斷涌現出新的挑戰課題。在大量電子工程預測分析中,固體力學、電磁學、傳熱學、材料擴散、及傳熱與變形耦合等方面的數值模擬正發揮著越來越重要的作用。

為協助電子工程開發與研究人員采用數值模擬方法進行新產品的開發和電子電路功能性研究,北京超算開發了SciFEA軟件,該軟件提供的固體變形、材料擴散、電磁計算和傳熱、熱固耦合等方面的功能可以為電子產品的開發與研究提供計算模擬支持,歡迎您登錄我們的網站進行下載試用。

電子產品設計往往需要考慮到多種物理過程的復雜耦合,北京超算可以在光輸運、量子井效應、熱激發、電流、磁效應、固變形與應力等物理過程的耦合方面為用戶提供定制開發,熱忱歡迎您就感興趣的問題和我們進一步交流。

二、超算軟件解決方案

SciFEA軟件提供的固體計算模塊、流體計算模塊、熱固耦合模塊、材料擴散模塊、傳熱計算模塊、熱固耦合模塊等,可以直接滿足電子行業電子元器件的表面封裝、激光焊接、熱激發、半導體二極管分析等方面的計算需求。

半導體和集成電路制造是一個流程高度復雜,資金高度密集的加工過程。如今,半導體(芯片或集成電路)越來越重要,越來越普遍,然而集成電路的制造成本變得越來越高和工藝越來越復雜。合理的對半導體器件與工藝進行仿真,對生產效率的提高有著直接的影響。下圖描述了在半導體和集成電路制造中經常遇到的物理場問題。

電子工程設計加工中的多場耦合,電子行業數值模擬解決方案

電子工程設計加工中的多場耦合

SciFEA軟件可以采用如下幾種方式幫助用戶在電子設計加工中采用數值模擬技術進行工程仿真和性能分析:
1、直接采用SciFEA軟件具有的電、磁、力、光、熱、流動、擴散等方面的計算模塊進行計算模擬分析;
2、結合用戶的設計需求,按照用戶定義的分析設計流程集成需要的計算模塊,形成以設計為導向的輔助分析軟件工具。
3、提供考慮半導體制備中各種物理場耦合分析功能模塊的定制和計算分析;
4、電子器件物理性能大規模并行計算分析軟件開發和計算服務。

三、SciFEA軟件—電子工程數值模擬相關案例

1.電子元器件材料加工

電子元器件材料的均勻化處理、金屬的拼接、器件涂層加工與制備、材料刻蝕等電子材料的加工與制備過程,需要對材料的各項加工過程進行計算模擬,分析獲得優化的產品性能的時間和組分含量控制。

SciFEA可以模擬材料擴散、反應、加工過程的各成分和性能的變化,通過建立計算模型進行計算分析提升對IC設計方案性能的認識。

鋅—銅互擴散圖Kirkendall效應,電子行業數值模擬解決方案

鋅—銅互擴散圖Kirkendall效應
材料擴散過程模擬,電子行業數值模擬解決方案

材料擴散過程模擬


2.半導體二極管計算模擬分析

考慮半導體器件的典型二極管結構,考慮電勢,電子的費米勢、空穴的費米勢,考慮電子和空穴的復合率,計算模擬PN結附近電壓的劇烈變化以及反偏壓變化。模擬分析得到電子勢和空穴勢在結區附近都有陡峭的變化。在n型區空穴勢先下降,在n型區中靠近結區的地方空穴的數目比n型區中遠離結區的地方的空穴更少,因此發生了電子的反向抽取。

加正偏壓的p-i-n結構的二極管,電子行業數值模擬解決方案
加正偏壓的p-i-n結構的二極管

3. 薛定諤方程與泊松方程的耦合求解

為考慮半導體器件工作時的量子效應,需要耦合求解薛定諤方程與泊松方程.對于一典型的耦合雙量子井結構,通過計算模擬分析得到該量子井結構中各個能級的位置以及能帶結構。

能帶圖、能級位置與相應的波函數,電子行業數值模擬解決方案
能帶圖、能級位置與相應的波函數

 

4.固體變形分析

SciFEA可以對半導體與集成電路的固體元器件的變形應力進行計算分析。包括電子器件的加工過程、安裝配置過程、熱過程、時間松弛過程、延性變形過程進行計算模擬分析。下圖為采用SciFEA對結構熱變形和應力進行模擬分析。

器件加工制備過程熱應力分析,電子行業數值模擬解決方案
器件加工制備過程熱應力分析

電位分布云圖,電子行業數值模擬解決方案
電位分布云圖
溫度分布云圖,電子行業數值模擬解決方案
溫度分布云圖
熱固電耦合位移云圖,電子行業數值模擬解決方案
熱固電耦合位移云圖
熱固電耦合的應力分布圖,電子行業數值模擬解決方案
熱固電耦合的應力分布圖
穩恒電流場電位云圖,電子行業數值模擬解決方案
穩恒電流場電位云圖
直流電機渦流制動器磁場分布圖,電子行業數值模擬解決方案
直流電機渦流制動器磁場分布圖

四.攜手計算

電子行業計算在逐漸向多場多相發展,對電子科學的認識正不斷被計算技術吸收融合形成理論、實驗、數值模擬的綜合體系,這三個方面的交叉滲透和促進,給電子產品創新提出了許多挑戰性課題。超算科技將攜手廣大科技工作者和工程師結合理論、實驗和數值模擬共同拓展電子行業的發展。利用超算科技計算模擬技術積累,我們希望在以下具體的開發方向上和您攜手進行計算模擬分析與研究。
電子元器件表面封裝的數值模擬;
電子設備運行中電磁場的計算模擬與研究;
電子設備制備過程多相多場、溫度、流動、組織生長等模擬分析;
基于GPU各物理過程的高性能計算。

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