广告

COMSOL中国:多物理场仿真在半导体行业中的应用

现实世界在本质上是一个多物理场的世界。我们每个人用的手机就是这样一个例子。手机中的天线用来接收电磁波;触摸屏或按键是用来与使用者进行交互的机械和电子元件;电池会发生化学反应,并包含离子运动和电子流动等等。这样一个小小的设备,包含着多种物理现象的相互作用。

借助具有多物理场功能的仿真工具,我们可以准确地抓住产品设计工作中的关键因素。在由国际科技媒体集团AspenCore举办的2022国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shenzhen)的同期论坛“国际工业4.0技术与应用论坛”上,COMSOL中国技术经理张凯先生介绍了“半导体行业中的多物理场仿真”,并探讨了仿真模型如何和数字孪生结合。AJOesmc

AJOesmc

半导体行业中的多物理场仿真

COMSOL是一家欧洲的企业,总部在瑞典,于1986年成立。1998年COMSOL发布了第一款产品COMSOL Multiphysics,这个软件是一个仿真的平台,它的特点是专注于多物理场仿真分析工具。2022年11月,COMSOL发布了COMSOL Multiphysics 6.1版本。在新版本中,不论是多物理场仿真分析还是创建App,软件为用户带来了众多新功能和性能提升。AJOesmc

AJOesmc

张凯在“国际工业4.0技术与应用论坛”上介绍,在半导体行业,上下游都有很多问题需要通过研发解决,这些问题如果从底层开始解决的话,会涉及很多的现象,甚至某些现象之间会相互作用。工程师需要考虑到这些相互作用,在仿真里面就叫多物理场。AJOesmc

半导体仿真涉及很多领域,如:制造过程里的结构力学,CFD、传热、化学反应,等离子体,光学,分子流,粒子追踪等;芯片/板卡/封装里的交流/直流电磁、传热、结构力学等;以及晶体管里的载流子漂移-扩散方程、薛定谔方程等。这些性能都可以通过仿真来分析。AJOesmc

举个例子,一家日本公司,模拟用微波等离子体源去做镀膜,通过仿真来分析里面的压强、气体配比、不同的功率产生里面反应物的状态。AJOesmc

AJOesmc

在封装领域,半导体器件同样涉及多物理场。如电气特性(电流场、磁场、射频、半导体),热管理(温度分布、对流散热),结构设计(热应力和变形、机械强度可靠性)等。AJOesmc

再举个例子,IC芯片的一些工艺里,有时候要做一些光刻等等的需求。这时清洗芯片的表面会产生一些张力,这些张力有可能造成塌陷,这个塌陷会受到这两个结构之间的间距的材料属性的影响,通过仿真工程师就可以评估这里面临界的宽度大小,则可以解决这个问题。AJOesmc

仿真模型如何和数字孪生结合?

张凯解析道,前文所述的模型都是一些物理模型,它本质上是一些器件或者工艺过程搭建一个虚拟的集合,制订它的条件,通过计算机软件去计算背后的原理,得到所需的设计参数。AJOesmc

在建模过程中,这些数据的来源往往都是有限的,比如说像飞机,飞机在实际飞行过程中,它的姿态是随着环境逐渐调整的,但是这个环境的变化我们事先是不知道的,这里面需要数据动态的进行处理、动态交互,这就需要使用数字孪生的技术。AJOesmc

顾名思义是有一个真实的模型和一个虚拟的模型,这个虚拟模型里面有很多的因素,一个是有一些物理模型,还有各种数据,这些数据有可能是传感器采集的,也有可能是历史数据,也有可能是提前的仿真数据。这就可以结合实际过程或者设备实时的运行状态,通过传感器和物联网,反馈给虚拟的系统,这个系统通过一些运算,像人工智能、数据处理、数智建模,以提供一些改进或者调整的建议,发给实时的设备——这就是简单的数字孪生的结合。AJOesmc

AJOesmc

“我们的物理模型只是数字孪生里面的一环,这个过程中我们在国内一些应用,比如一些电动汽车、电力行业已经在用数字孪生的技术。”张凯说道,“那么实际应用中如何结合模型、仿真技术和数字孪生呢?以建筑为例,首先搭建一个模型,比如画出一个混凝土的结构,设计它的工作条件、材料等,在软件里面可以把仿真材料搭建成APP,后面可以通过传感器,采集这些环境的温度、湿度等信息,这些信息就可以通过一些数据交换,实时反馈给我们的计算模型,它就可以计算我们在之前的状态,之前的湿度下预测出来的结构强度、固化,在当前更新我们的环境数据之后,这个结构的相关数据的变化,这又是一个子模型的数字孪生的应用。”AJOesmc

AJOesmc

责编:Momoz
本文为国际电子商情原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

近期热点

广告
广告

EE直播间

更多>>

在线研讨会

更多>>