Technical Papers and Presentations

万物互联和智能工业化发展为射频集成电路和 MEMS 微纳结构器件的高密度异质集成带来了全新的发展机遇，构建逼近物理真实的建模和工程EDA 难度很大，但对芯片高质量工艺和性能的发展至关重要。射频系统内部的高密度异质集成的多物理场力－电磁－热往往是弱耦合效应，但两两之间确是强相互作用。本报告将以具体器件的多物理场强耦合相互作用的模型为例，讨论微波集成电路内部有源电路的电磁场－路协同技术以及半导体器件电－热耦合效应、新型器件FBAR滤波器内部的力－电磁－热耦合效应，以及工作频率更高的光学MOEMS微纳结构的力－电磁－热、声阻尼场的多场耦合问题。针对高密度异质集成的多物理场问题 ... Read More

在国防与科研领域应用中，通过红外（IR）成像检测各种目标至关重要，尤其在3μm至5μm的中波红外波段。目前基于非制冷碲化镉的探测器提供的分辨率比较低，因为他们的像素尺寸大于15μm。因此我们想开发使用氧化钒的红外相机。与其他类型的红外探测器相比，VOx红外探测器有以下几个优点。它的像素尺寸可以做到10μm，它们探测灵敏、快速，并且可以在室温下操作。它们的成本也相对较低，可以使用标准的微细加工技术制造。 氧化钒（VOx）红外探测器基于材料电阻随温度变化的原理工作。当VOx暴露于红外辐射时，它会吸收辐射能量，随着VOx材料温度的升高，其电阻会发生变化 ... Read More

相比标准焊接型IGBT模块，压接型IGBT采用无键合线连接技术，具有失效短路、抗浪涌能力强、结构紧凑和双面散热等优势，更加适用于串联连接和大功率应用场合。压接型IGBT芯片的电气特性和失效模式与机械压力密切相关。需要研究不同机械压力和封装结构对IGBT芯片的影响，一方面，研究芯片的应力集中问题，为压接型IGBT芯片的优化设计提供建议；同时，找到合适的机械压力范围，优化封装结构，为提升器件整体性能奠定基础。 COMSOL多物理场仿真在IGBT封装结构设计和压力分析方面具有很大的优势。单芯片压接型IGBT的基本封装结构可通过几何部分进行设计 ... Read More

对气传真菌孢子进行分离和分类是实现农作物真菌病害早期精确检测的重要环节，基于气溶胶颗粒运动理论，论文提出了多级力学耦合微流控芯片的气传孢子提取方法。利用COMSOL Multiphysics软件的CFD和粒子追踪功能，设计多弯曲通道的一级分离结构，实现气流中单孢子和团聚态孢子的预处理和初级分离。然后根据单向受力加速原理，设计径向鞘流加速的二级分离结构，实现对气流中特定孢子提取的二级分离。在两级分离结构之间设置了台阶递降和双鞘流聚焦耦合结构，以保证通道宽度和气流速度的匹配。论文阐述了各环节的工作原理，并分别进行了实验分析和验证。研究结果表明 ... Read More

在对以聚二甲基硅烷（PDMS）为腔道材料的声表面波（SAW）微流控器件建模时，通常采用简化模型来描述PDMS的声学特性。本文以声表面驻波（SSAW）微流控芯片为例，通过三种不同的方式对PDMS腔体建模，利用有限元方法分析了腔体内部的物理场和腔体内粒子的运动过程。对PDMS腔体建模时，分别采用COMSOL中的固体力学、压力声学和声阻抗边界三种方式分析PDMS腔体对微流腔内声场和流场的影响。从结果中我们发现，PDMS中的横波并不会显著影响腔体内的声场和声辐射力场，但会对声流产生较为明显的影响，进而影响受声场和流场作用的粒子运动轨迹 ... Read More

液冷板因成本低和散热效率高，是目前应用广泛的散热手段之一，广泛应用于芯片、航空汽车等领域。液冷板的流道布置对其散热和均温性能至关重要，为获得性能优良的流道布置，采用设计自由度高的拓扑优化设计方法已成为主流。 在本研究中，利用COMSOL软件研究了液冷板设计中的关键问题。首先，为了提高优化结果的普适性，在多孔介质和优化模块中对流体控制方程进行了无量纲处理，以最大换热量为优化目标，以体积分数为约束，对不同进出口布置的液冷板进行了优化设计。其次，为了保证结构稳定性和安全性，考虑了流体压力对液冷板的影响，并采用了弱形式方程来实现流固耦合和拓扑优化设计的结合。此外 ... Read More

引言： 对于微流控分选芯片而言，分支出口的位置、宽度等几何参数会直接影响到粒子分选精度与回收效率。但是，遗憾的是，对于流道各分支出口位置的高效设计方法却鲜有报道。当前的设计方法主要是对每一种目标粒子直接进行轨迹仿真[1~7]。但这种方法的运算成本巨大，如果粒子分散体系涉及到的粒径种类繁多且流道结构复杂，那么对每种粒径都进行仿真分析将会使得计算量与计算精度之间的矛盾愈加尖锐；而且，每引入一种没有被仿真研究过的粒径，都要对其重新进行仿真运算，运算成本巨大[8~10]。 据此，本文提出了一种结合有限元分析仿真与系统辨识方法的粒子出射位置预测方法 ... Read More

基于纸基微流控芯片(μPAD)的核酸提取和扩增反应需均匀稳定、快速响应的热源。半导体制冷器具有无需制冷剂和体积小等优点，可为纸基芯片提供便携式、低功耗分析平台。相较于其他传统核酸扩增与检测设备，μPAD可以借助内部纤维结构的毛细作用自驱动输送流体介质。并且，微尺度下纤维结构具备较高的比表面积，在原理上可改善常规比色、荧光等检测方法的检出限和精准度。然而，滤纸材料本征参数对试剂溶液动态扩散过程和反应结果影响很大，数值仿真模拟是μPAD性能分析和优化设计的重要途径。本文应用COMSOL®热电效应耦合模块和非等温流动耦合模块，获取芯片内部的温度场信息，评价μPAD温控系统设计 ... Read More

MEMS压阻式压力传感器的输出特性易受温度的影响，而通常温度补偿技术具有复杂的校准过程，为了使其具有成本效益，通过保持传感器在恒定温度下运行来替代温度补偿技术。本案例中，通过集成MEMS加热电阻器来控制MEMS压力芯片的温度，使MEMS芯片的温度保持在恒定温度。 本案例第一个研究模拟了不同环境温度对MEMS压阻式压力传感器输出特性的影响；第二个研究模拟了MEMS加热电阻的电热产生、传热以及机械应力和变形。模型同时使用了“传热模块”的“固体传热”接口、“AC/DC模块”的“电流，壳”接口以及“结构力学模块”的“固体力学”和“膜”接口。 ... Read More

随着电子器件尺寸持续缩小接近物理极限，摩尔定律正面临巨大挑战，半导体制造业开始过渡到“超越摩尔”的三维集成时代。铜硅通孔是实现三维集成的关键技术之一，该技术通过铜硅通孔将多个芯片堆叠互连。然而，实际使用铜硅通孔互连芯片存在着可靠性问题，例如铜硅通孔的凸起。这个现象是由于铜与硅之间热膨胀系数的差异较大，因此在器件服役过程中会产生显著的热应力，造成铜硅通孔的凸起，严重地影响到器件的功能和完整性。为研究铜硅通孔凸起的机理，本文采用相场晶体法从原子尺度模拟重现硅通孔的凸起过程。在COMSOL Multiphysics基本模块中 ... Read More