《電子技術(shù)應(yīng)用》
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硅基三维异构集成射频微系统的多物理场耦合仿真与设计
电子技术应用
张睿1，朱旻琦2，杨兵2，冯政森2，王辂2，张先荣1，陆宇1，蔡源1，邱钊1
1.中国电子科技集团公司第十研究所；2.中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 利用硅基三维异构集成工艺设计一款射频微系统，以满足设备对射频模组高性能、小型化的需求。为了在设计初期充分评估该微系统的潜在可靠性风险，根据工艺特征以及产品在多物理场中的耦合现象，建立一种面向硅基三维异构集成工艺射频微系统的多物理场一体化仿真流程，逐一分析所涉及的电-热耦合和热-力耦合过程，预判产品在工作条件下的热学和力学特性，为设计环节提供针对性的指导，预先规避可靠性风险，从而有效提高一次性设计成功率。
中圖分類號：TN453 文獻(xiàn)標(biāo)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(gòu)集成射頻微系統(tǒng)的多物理場耦合仿真與設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(tǒng)技術(shù)著眼于多功能裸芯的片內(nèi)高密度集成，是實(shí)現(xiàn)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(gòu)、算法、微電子、微光子、微機(jī)電系統(tǒng)五大要素[2]，采用新的設(shè)計(jì)方法和制造方法將傳感、處理、執(zhí)行、通信、能源五大功能集成在一起，兼具設(shè)計(jì)靈活性、工藝兼容性、環(huán)境適應(yīng)性和成本優(yōu)勢[3]，成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。然而，受到自身集成規(guī)模的影響，微系統(tǒng)在架構(gòu)合理性、散熱有效性和結(jié)構(gòu)可靠性等多方面存在設(shè)計(jì)難度，且這些因素是影響整個(gè)電子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。從物理現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理的角度考慮，微系統(tǒng)產(chǎn)品的高集成度使其在實(shí)際工作中受到電磁場、熱場和應(yīng)力場的協(xié)同作用，表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)雜的多物理場耦合系統(tǒng)。使用有限元多物理場仿真技術(shù)能夠準(zhǔn)確描述這些現(xiàn)象的物理過程，在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行方案評估，分析當(dāng)前方案的潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)反饋可行的優(yōu)化建議，有效提高產(chǎn)品研發(fā)效率。因此，針對微系統(tǒng)的多物理場耦合仿真分析已受到行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，成為近年來研究的熱點(diǎn)。


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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(tuán)公司第十研究所，四川 成都 610036；2.中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）


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