封装设计中的电-热-力多物理场耦合设计

集成电路及其封装是典型的由名种材料构成的复合结构体系，也是典型的多物理场耦合系统。在封装技术发展的早期，多物理场赮合效应较弱，电设计与热机械可靠性设计通常是独立进行的，以降低设计难度。如今，集成电路巴进人纳米时代，先进的封装形式不断涌现，许多新结构材料、纳米级晶体管新结构、TSV 等新互连结构被引人集成电路及其封装中。在纳米级-毫米级跨尺度结构中，材料界面的影响日益突出，电-热-力多物理场耩合 日益增强，而且新的物理效应器件也可能被集成到集成电路封装内部甚至芯片上，因此纳米级集成电路及其单片或集成封装的设计与分析必然涉及多物理场的耜合。图所示的是封装中可能存在的多重相互轉合的物理场。

多物理场耦合设计可以从电学设计人手，在完成物理版图设计的电磁特性仿真分析基础上，基于电磁场区电流分布求解结果得到温度场和应力-应变场分布，然后通过对结温等热学指标和脱层等热机械可靠性问题进行评估，确定是否需要对原版图设计进行优化。

目前，封装设计与分析软件往往是针对物理场非耩合 的情形开发的。若要实现多物理场设计，可以在工具开发与具体设计实践中采用下述方法。

(1）在物理模型的剖分 单元层面上直接实现多种物理场耦合：目前，各物理场建模与仿真软件的基本单元模型是针对单一物理场开发的。只有在单元层面上实现多物理场的耦合，才能从根本上保证求解的自洽性和精度。但在基本单元中实现赮合后，还需要针对不同物理场进行各物理场剖分优化，这就增加丁软件处理的难度。

（2）利用数据交换程序和自动仿真执行控制程序实现单物理场设计工具的组合：利用自动执行的数据交换程序和仿真控制程序，可以将单物理场的设计工具组合起来，通过设计数据在各工具之间的迭代，最终获得设计和份真参数的收敛解。这是目前针对复杂封装材料系统较为可行的分析方法，但也存在数据转换效率有待提升，数据迭代导致求解效率下降等不足之处。

审核编辑：汤梓红