基于区域分解法的先进封装电-热多物理场仿真与应用
批准号:
62101002
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
牛凯坤
依托单位:
学科分类:
电磁场与波
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
牛凯坤
中文摘要
随着射频技术的发展和5G时代的来临,射频封装已经呈现出更低成本,更高频率,更高功率和更高密度功能集成的趋势,三维封装、异构集成等先进封装技术应运而生,因而显著增加了射频系统热管理、电磁兼容和信号/电源完整性的设计复杂度。为实现先进封装系统的精确全波仿真,需要求解大规模、跨尺度、多物理问题,这给计算电磁学带来了极大地挑战。项目聚焦大规模射频先进封装系统的电-热多物理场仿真难题,研究内容包括:(1)研究基于Robin传输条件-间断伽略金微分方程区域分解算法。(2)结合区域分解算法联合求解波动方程和热力学方程从而实现电-热多物理场高效快速协同仿真。(3)应用提出的算法对先进封装中电磁兼容和信号/电源完整性问题进行分析。研究成果将为先进封装的系统设计和工艺优化提供理论支撑与技术支持。
英文摘要
With the development of radio-frequency technology and the advent of the 5G era, radio-frequency packaging has shown a trend of lower cost, higher frequency, higher power and higher density function integration. Advanced packaging technologies such as three-dimensional packaging and heterogeneous integration have emerged. Hence, the design complexity of the thermal management, electromagnetic compatibility, and signal/power integrity for the radio-frequency system is significantly increased. In order to achieve accurate full-wave simulation of advanced packaging systems, large-scale, multi-scale, and multi-physics problems need to be solved, which brings great challenges to computational electromagnetics. The project focuses on the electrical-thermal multi-physics simulation problems of large-scale radio-frequency advanced packaging systems. The research contents include: (1) Research on the Robin transmission conditions-discontinuous Galerkin enriched domain decomposition algorithm based on the differential equation. (2) Appling domain decomposition algorithm to realize efficient and accurate collaborative electric-thermal multiphysics simulation by solving wave equation and thermodynamic equation. (3) Apply the proposed algorithm to analyze electromagnetic compatibility and signal/power integrity issues in the advanced packaging. The research results will provide theoretical and technical support for the design and technology optimization of advanced packaging systems.
随着射频技术的发展和5G时代的来临,射频封装已经呈现出更低成本,更高频率,更高功率和更高密度功能集成的趋势,三维封装、异构集成等先进封装技术应运而生。随着系统集成度、工作频率、信号传输速度的提高,封装系统的多物理场(电/磁/热/力)效应对系统的性能影响显著,亟需开展面向射频封装系统的高效精确多物理场仿真算法研究。项目研究了基于离散伽略金和Robin传输条件的高效区域分解方法,成功实现了大规模阵列天线的仿真分析,并将该算法拓展到时域实现了区域分解算法的时域高效仿真;针对大规模射频先进封装系统的电-热多物理场仿真问题,提出了电磁-热多物理场仿真框架,并将多物理场系统拓展至电磁-热-力方程,实现了更多物理量之间的多物理场耦合分析;研究了随机电-热多物理场自洽耦合算法,实现了多物理场问题的高效不确定性量化分析;针对先进封装微系统结构横纵向尺寸差异大的多尺度问题,研究了混合显隐式电磁-热多物理场仿真算法,实现了多尺度多物理场微系统的高效仿真求解;研究了高效精确高阶矩阵指数完美匹配层算法和基于矩阵指数的色散与吸收边界条件一体化高效仿真算法,进一步提高处理复杂结构的能力以及提高计算效率和精度。项目执行期间于国内和国际学术期刊和会议共发表论文14篇,其中SCI期刊论文6篇,全部发表在电磁场微波领域顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques(4篇,均为第一作者/通信作者)和IEEE Transactions on Antennas and Propagation(2篇)上,做特邀报告4次;申请中国发明专利10项,以第一发明人授权美国发明专利1项,中国发明专利5项;荣获安徽省电子信息科学技术奖一等奖1项(排名第二);荣获ISAPE青年科学家奖;指导研究生和本科生获得ACES、iWEM、ICEICT等国际学术会议最佳学生论文奖等学术奖励5人次。项目执行期间获批国家自然科学基金面上项目1项,作为子课题负责人参与国家自然科学基金区域联合基金重点项目1项。项目研究成果将为先进封装,集成芯粒等微系统的设计和工艺优化提供理论支撑与技术支持。
基于区域分解法的先进封装电-热多物理场仿真与应用
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:牛凯坤
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依托单位:
国内基金
海外基金