集成電路及其封裝是典型的由名種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系，也是典型的多物理場耦合系統(tǒng)。在封裝技術(shù)發(fā)展的早期，多物理場赮合效應(yīng)較弱，電設(shè)計(jì)與熱機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)通常是獨(dú)立進(jìn)行的，以降低設(shè)計(jì)難度。如今，集成電路巴進(jìn)人納米時(shí)代，先進(jìn)的封裝形式不斷涌現(xiàn)，許多新結(jié)構(gòu)材料、納米級(jí)晶體管新結(jié)構(gòu)、TSV 等新互連結(jié)構(gòu)被引人集成電路及其封裝中。在納米級(jí)-毫米級(jí)跨尺度結(jié)構(gòu)中，材料界面的影響日益突出，電-熱-力多物理場耩合 日益增強(qiáng)，而且新的物理效應(yīng)器件也可能被集成到集成電路封裝內(nèi)部甚至芯片上，因此納米級(jí)集成電路及其單片或集成封裝的設(shè)計(jì)與分析必然涉及多物理場的耜合。圖所示的是封裝中可能存在的多重相互轉(zhuǎn)合的物理場。

多物理場耦合設(shè)計(jì)可以從電學(xué)設(shè)計(jì)人手，在完成物理版圖設(shè)計(jì)的電磁特性仿真分析基礎(chǔ)上，基于電磁場區(qū)電流分布求解結(jié)果得到溫度場和應(yīng)力-應(yīng)變場分布，然后通過對(duì)結(jié)溫等熱學(xué)指標(biāo)和脫層等熱機(jī)械可靠性問題進(jìn)行評(píng)估，確定是否需要對(duì)原版圖設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

目前，封裝設(shè)計(jì)與分析軟件往往是針對(duì)物理場非耩合 的情形開發(fā)的。若要實(shí)現(xiàn)多物理場設(shè)計(jì)，可以在工具開發(fā)與具體設(shè)計(jì)實(shí)踐中采用下述方法。

(1）在物理模型的剖分 單元層面上直接實(shí)現(xiàn)多種物理場耦合：目前，各物理場建模與仿真軟件的基本單元模型是針對(duì)單一物理場開發(fā)的。只有在單元層面上實(shí)現(xiàn)多物理場的耦合，才能從根本上保證求解的自洽性和精度。但在基本單元中實(shí)現(xiàn)赮合后，還需要針對(duì)不同物理場進(jìn)行各物理場剖分優(yōu)化，這就增加丁軟件處理的難度。

（2）利用數(shù)據(jù)交換程序和自動(dòng)仿真執(zhí)行控制程序?qū)崿F(xiàn)單物理場設(shè)計(jì)工具的組合：利用自動(dòng)執(zhí)行的數(shù)據(jù)交換程序和仿真控制程序，可以將單物理場的設(shè)計(jì)工具組合起來，通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在各工具之間的迭代，最終獲得設(shè)計(jì)和份真參數(shù)的收斂解。這是目前針對(duì)復(fù)雜封裝材料系統(tǒng)較為可行的分析方法，但也存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率有待提升，數(shù)據(jù)迭代導(dǎo)致求解效率下降等不足之處。

審核編輯：湯梓紅