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应用于3D-IC的有限元网格划分研究

宋栋  
【摘要】: 三维集成电路(Three Dimensional Integrated Circuits,3D-IC)由于结构复杂,在设计过程中必须考虑其寄生参数、热场分布、电流密度分布等因素的影响,而与3D-IC相配套的EDA(Electronic Design Automation)软件还没有正式形成,因此,开展应用于3D-IC的EDA相关软件的研究具有重要意义。 本论文在与美国硅谷某IC设计公司的合作下,编制了应用于3D-IC的有限元网格划分软件MeshforIC,对建立好的3D-IC模型进行网格划分,将网格信息以数据文件格式保存并调入有限元程序。该软件加入载荷信息后可进行3D-IC的热场分析、电流密度分布等有限元数值模拟分析与计算。 首先,针对3D-IC的特殊结构,论文提出了混合网格划分的方法。该方法在载入或建立模型后能划分出满足Delaunay准则的三角形网格和疏密得当的自适应四边形网格。将3D模型简化为2D模型的堆叠,从而大大减少了网格数量、减轻了划分难度。此外,论文还优化了网格节点与单元编号,增加了网格质量判断和网格光顺功能以满足其计算精度上的要求。 其次,论文采用基于面向对象的C++语言、以Visual C++6.0为平台进行软件的开发。根据实现功能的不同,论文将软件分为若干个模块,各模块单独实现并提供良好的接口。不仅达到了“高内聚、低耦合”的要求还增加了软件的扩展性、降低了编程难度。 再次,论文设计了一款三维结构带通滤波器用来验证软件的可行性与实际应用价值。将滤波器模型简化后进行混合网格划分,用有限元程序模拟其热场分布以及电流密度分布,并用HFSS软件仿真其S参数,仿真结果与实测结果相一致。论文最后对网格划分方法进行了总结并对目前研究最多的并行化和智能化网格划分进行了展望。


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