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解決方案

電子行業(yè)

編輯:CAE軟件開(kāi)發(fā)部 信息來(lái)源:本站原創(chuàng ) 發(fā)布時(shí)間:2009年02月04日 瀏覽次

北京超算—電子行業(yè)數值模擬解決方案

一、電子行業(yè)現狀和超算數值模擬新思路

隨著(zhù)我國各類(lèi)基礎設施和電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)正處于空前發(fā)展的時(shí)期,在光伏產(chǎn)業(yè)、LED新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、電子元器件設計等工程領(lǐng)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(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)、材料擴散、及傳熱與變形耦合等方面的數值模擬正發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。

為協(xié)助電子工程開(kāi)發(fā)與研究人員采用數值模擬方法進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和電子電路功能性研究,北京超算開(kāi)發(fā)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(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與研究提供計算模擬支持,歡迎您登錄我們的網(wǎng)站進(jìn)行下載試用。

電子產(chǎn)品設計往往需要考慮到多種物理過(guò)程的復雜耦合,北京超算可以在光輸運、量子井效應、熱激發(fā)、電流、磁效應、固變形與應力等物理過(guò)程的耦合方面為用戶(hù)提供定制開(kāi)發(fā),熱忱歡迎您就感興趣的問(wèn)題和我們進(jìn)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(mǎn)足電子行業(yè)電子元器件的表面封裝、激光焊接、熱激發(fā)、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(gè)流程高度復雜,資金高度密集的加工過(guò)程。如今,半導體(芯片或集成電路)越來(lái)越重要,越來(lái)越普遍,然而集成電路的制造成本變得越來(lái)越高和工藝越來(lái)越復雜。合理的對半導體器件與工藝進(jìn)行仿真,對生產(chǎn)效率的提高有著(zhù)直接的影響。下圖描述了在半導體和集成電路制造中經(jīng)常遇到的物理場(chǎng)問(wèn)題。

電子工程設計加工中的多場(chǎng)耦合,電子行業(yè)數值模擬解決方案

電子工程設計加工中的多場(chǎng)耦合

SciFEA軟件可以采用如下幾種方式幫助用戶(hù)在電子設計加工中采用數值模擬技術(shù)進(jìn)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(dòng)、擴散等方面的計算模塊進(jìn)行計算模擬分析;
2、結合用戶(hù)的設計需求,按照用戶(hù)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(chǎng)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(kāi)發(fā)和計算服務(wù)。

三、SciFEA軟件—電子工程數值模擬相關(guān)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(guò)程,需要對材料的各項加工過(guò)程進(jìn)行計算模擬,分析獲得優(yōu)化的產(chǎn)品性能的時(shí)間和組分含量控制。

SciFEA可以模擬材料擴散、反應、加工過(guò)程的各成分和性能的變化,通過(guò)建立計算模型進(jìn)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(yè)數值模擬解決方案

鋅—銅互擴散圖Kirkendall效應
材料擴散過(guò)程模擬,電子行業(yè)數值模擬解決方案

材料擴散過(guò)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(fā)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(yè)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(shí)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(guò)計算模擬分析得到該量子井結構中各個(gè)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(yè)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(jìn)行計算分析。包括電子器件的加工過(guò)程、安裝配置過(guò)程、熱過(guò)程、時(shí)間松弛過(guò)程、延性變形過(guò)程進(jìn)行計算模擬分析。下圖為采用SciFEA對結構熱變形和應力進(jìn)行模擬分析。

器件加工制備過(guò)程熱應力分析,電子行業(yè)數值模擬解決方案
器件加工制備過(guò)程熱應力分析

電位分布云圖,電子行業(yè)數值模擬解決方案
電位分布云圖
溫度分布云圖,電子行業(yè)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(yè)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(yè)數值模擬解決方案
熱固電耦合的應力分布圖
穩恒電流場(chǎng)電位云圖,電子行業(yè)數值模擬解決方案
穩恒電流場(chǎng)電位云圖
直流電機渦流制動(dòng)器磁場(chǎng)分布圖,電子行業(yè)數值模擬解決方案
直流電機渦流制動(dòng)器磁場(chǎng)分布圖

四.攜手計算

電子行業(yè)計算在逐漸向多場(chǎng)多相發(fā)展,對電子科學(xué)的認識正不斷被計算技術(shù)吸收融合形成理論、實(shí)驗、數值模擬的綜合體系,這三個(gè)方面的交叉滲透和促進(jìn),給電子產(chǎn)品創(chuàng )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(shí)驗和數值模擬共同拓展電子行業(yè)的發(fā)展。利用超算科技計算模擬技術(shù)積累,我們希望在以下具體的開(kāi)發(fā)方向上和您攜手進(jìn)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(chǎng)的計算模擬與研究;
電子設備制備過(guò)程多相多場(chǎng)、溫度、流動(dòng)、組織生長(cháng)等模擬分析;
基于GPU各物理過(guò)程的高性能計算。

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