【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電磁學以及熱力學的多物理場數值仿真，具體涉及一種基于電磁熱耦合的亞網格方法及系統。
技術介紹
1、隨著現代微電子技術的不斷進步，電子信息系統逐漸向多功能化、小型化與低成本方向演進，隨著芯片等電子器件的小型化，根據按比例縮小原理，器件特征尺寸越小，芯片的綜合性能(包括速度、功耗、可靠性等)越好。為了實現這樣的芯片小型化的目的，采用了結構復雜且具有很高的封裝與互連集成密度系統級封裝技術。特別是當芯片采用三維堆疊技術，功耗密度將大大增加，造成熱量的急劇增加以及系統溫度的升高，從而產生嚴重的熱效應問題。另一方面，隨著系統溫度的升高，系統中具有溫變特性的參數比如封裝材料的電熱參數以及互連線電阻參數等都會隨溫度的升高發生較大變化，從而影響電路的電特性，進而影響整個系統的性能與可靠性。而tsv作為系統級封裝技術中的一個精密結構，并處于高密度堆疊的芯片中。在芯片處于工作狀態時，由電所產生的熱效應對其有不可忽視的影響。因此對其進行電熱耦合的多物理場數值仿真，并用以指導相應的系統級封裝設計，是非常重要，且必要的。
2、對于精密復雜結構的數值仿真而言，尤其是具有弧形邊界的器件結構。若利用傳統時域有限差分算法進行數值仿真，為了保證數值仿真的精度，需要進行格外精細的網格剖分，但是網格剖分精細的同時，對于計算效率會有極大的損失。若是要保證仿真計算的效率，那么就會存在仿真精度不高的問題。
3、因此如何解決關于芯片封裝中精密復雜結構的電熱耦合的多物理場仿真問題，已經成為了急需解決的技術問題。
技
1、針對現有技術的不足，本專利技術提出了一種基于電磁熱耦合的亞網格方法及系統，將電磁算法領域的時域有限差分的亞網格算法，引入到多物理場中，將所要仿真模型中需要精細劃分網格的部分，即模型中復雜精密結構或是帶有弧形邊界的結構，用更精細的網格構建，以提高該算法的數值仿真計算的精度，其余部分，采用相對較粗的網格劃分，從而保準算法的計算效率。從而達到了既保證算法精度的同時，又保持的算法的計算效率。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種基于電磁熱耦合的亞網格方法，包括以下步驟：
4、s1：將電磁算法領域的時域有限差分的亞網格算法，引入到多物理場中，基于仿真模型，劃定亞網格區域；
5、s2：計算粗網格內的電場值，并更新網格交界面處的粗網格電場值；
6、s3：由線性插值算法將粗網格電場值，引入到亞網格中，并對亞網格中電磁場值進行更新計算；
7、s4：利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值；
8、s5：根據相應的線性插值，將粗網格熱場值聯系到亞網格內；
9、s6：根據當前空間各點的當前溫度，計算相應介質材料當前的電導率值，并更新到電磁場參數中；
10、s7：循環s2-s6，直至滿足所設定的仿真時長，最終得到仿真結束時的電磁場分布以及熱場分布，以及各點電磁場和溫度場的瞬時變化。
11、優選的，計算粗網格內的電場值，并更新網格交界面處的粗網格電場值；由線性插值算法將粗網格電場值，引入到亞網格中，并對亞網格中電磁場值進行更新計算的方法包括：
12、通過fdtd算法，迭代計算得到粗網格內電場分量，在粗網格與亞網格交界面處，利用插值計算，更新交界面處的粗網格電場分量；
13、利用線性插值，將網格交界面處的粗網格電場分量，引入到亞網格中，修正交界面電場；
14、基于修正交界面電場，按照fdtd算法分別迭代計算亞網格電磁場值以及粗網格內磁場分量。
15、優選的，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值的方法包括：
16、更新熱源q＝σ|e2|，并代入熱傳導方程中；
17、根據熱傳導方程，推導出熱傳導方程的fdtd形式；
18、基于熱傳導方程的fdtd形式，利用按照電磁場計算時的亞網格區域劃分，開始進行熱場的數值仿真，獲得交界面處的粗網格熱場值；
19、利用線性插值對熱場進行處理，將交界面處的粗網格熱場值，引入到亞網格中，更新細網格熱場值。
20、優選的，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值的方法包括：
21、利用熱傳導方程的fdtd形式，計算粗網格熱場值，即溫度t；
22、迭代計算一次粗網格熱場值后，根據粗亞網格交界面附近的粗網格以及亞網格熱場量進行差分計算，用來修正交界面處的粗網格熱場值；
23、具體計算公式為：
24、
25、其中，y做下標表示沿y方向；i，j，k分別表示x方向上的第i個網格點，y方向上的第j個網格點，z方向上的第k個網格點；κ為導熱系數，ρ為介質密度，cρ為介質的比熱容，δt為每次迭代的時間步長，δx為x方向上粗網格空間步長，即x方向上相鄰兩網格點的距離，δy、δz與δx類似，分別為y和z方向上的粗網格空間步長，tn第n個時間步的粗網格溫度場值，δy為y方向上的亞網格空間步長，為網格交界面處，y方向上第n個時間步的與tn(i,j,k)相鄰的亞網格溫度場值，q(·)為熱源。
26、優選的，根據相應的線性插值，將粗網格熱場值聯系到亞網格內的方法包括：
27、t1＝t1
28、
29、其中，t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9為亞網格中各點溫度值，t1、t2、t3、t4為粗網格中各點溫度值。
30、優選的，根據當前空間各點的當前溫度，計算相應介質材料當前的電導率值的方法包括：
31、σ＝σ0÷(1+α·t)，
32、其中，σ0是溫度t為零時，介質材料的電導率，α是介質材料的溫度系數。
33、本專利技術還提供了一種基于電磁熱耦合的亞網格系統，用于實現任一項所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，包括：仿真模塊、粗網格計算模塊、亞網格計算模塊、修正模塊、關聯模塊、電導率計算模塊和循環模塊；
34、所述仿真模塊用于將電磁算法領域的時域有限差分的亞網格算法，引入到多物理場中，基于仿真模型，劃定亞網格區域；
35、所述粗網格計算模塊用于計算粗網格內的電場值，并更新網格交界面處的粗網格電場值；
36、所述亞網格計算模塊用于由線性插值算法將粗網格電場值，引入到亞網格中，并對亞網格中電磁場值進行更新計算；
37、所述修正模塊用于利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值；
38、所述關聯模塊用于根據相應的線性插值，將粗網格熱場值聯系到亞網格內；
39、所述電導率計算模塊用于根據當前空間各點的當前溫度，計算相應介質材料當前的電導率值，并更新到電磁場參數中；
40、所述循環模塊用于循環粗網格計算模塊-電導率計算本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，計算粗網格內的電場值，并更新網格交界面處的粗網格電場值；由線性插值算法將粗網格電場值，引入到亞網格中，并對亞網格中電磁場值進行更新計算的方法包括：
3.根據權利要求2所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值的方法包括：
4.根據權利要求3所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值的方法包括：
5.根據權利要求3所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，根據相應的線性插值，將粗網格熱場值聯系到亞網格內的方法包括：
6.根據權利要求1所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，根據當前空間各點的當前溫度，計算相應介質材料當前的電導率值的方法包括：
7.一種基于電磁熱耦合的亞網格系統，其特征在于，用于實現權利要求1-6任
...【技術特征摘要】
1.一種基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，計算粗網格內的電場值，并更新網格交界面處的粗網格電場值；由線性插值算法將粗網格電場值，引入到亞網格中，并對亞網格中電磁場值進行更新計算的方法包括：
3.根據權利要求2所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對熱場進行更新計算，并修正交界面處的粗網格熱場值的方法包括：
4.根據權利要求3所述的基于電磁熱耦合的亞網格方法，其特征在于，利用電磁損耗方程，作為熱源，并對...
【專利技術屬性】
技術研發人員：牛凱坤，張光歡，黃志祥，任信鋼，吳先良，楊利霞，
申請(專利權)人：安徽大學，
類型：發明
國別省市：
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