一種芯片電子封裝結構的精確電磁分析方法技術

一種芯片電子封裝結構的精確電磁分析方法，屬于芯片電子封裝的電磁場矩量法分析領域。本發明專利技術方法通過使用對偶基函數和RWG基函數來表示磁流和電流，從而達到比僅使用RWG基函數或者RWG基函數更加優良的分析結果，消除了芯片尺寸遠小于電磁波波長所帶來的負面影響，并且本發明專利技術方法對于矩量法中網格的分割沒有苛刻的要求，使得運用更為廣泛，結果更加精確。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及芯片電子封裝中電磁場矩量法分析領域，具體涉及應用于芯片封裝中電磁兼容設計的分析方法。?
技術介紹
????隨著電子產品芯片復雜度的不斷提高，噪聲容限、功耗和特征尺寸不斷降低，同時，隨著互聯線所傳輸的脈沖信號擴展到微波、毫米波頻段。互連線已不能簡單視為無電阻、無電容、無電感的金屬導線。在高頻或交流的情況下，信號的波長與封裝引線的尺寸處于同一數量級，信號脈沖在互連線上呈現明顯的波動效應。因此，在現代高速大規模集成電路系統中，對互聯、封裝結構尤其是互連線系統電磁特性的分析在整個高速集成電路系統的分析和設計中占有越來越重要的地位。?當封裝結構中包含介質材料時，已有的選擇是RWG基函數或?RWG基函數來表達磁流。如果選擇RWG基函數，則電流和磁流均使用RWG基函數來表達。在這種情況下，用矩量法求解電場積分方程和磁場積分方程時所得到的結果系統矩陣將會是病態的。考慮單個介質物體的電磁散射情況，電場積分方程可以表示為：?引入算符,,定義如下：?????其中A表示J或者M,是并矢格林函數(為單位并矢，為三維標量格林函數)；通常試函數也被選為RGW基函數，這時算符將在上述兩個電場積分方程中都不能夠被有效地測試，因為在運算符的對磁流有的操作，這一主項在測試后會消失，從而產生病態的系統矩陣。因此，有人選用RWG基函數作為第一個積分方程的試函數，而選擇RWG基函數作為第二個積分方程的基函數，也就是在擴展函數不能夠正交的情況下選擇一對相互正交的基函數，使系統矩陣能夠是良態的。但是使用RWG基函數作為試函數時，我們不能夠將算符中的并矢格林函數的一個梯度運算符移動到測試函數上，由此我們必須處理算符中的的強奇異性。盡管有關的技術已經能夠處理這樣的強奇異性，但是在實施過程中會產生很大的不方便。
技術實現思路
考慮到使用RWG基函數同時表示電流和磁流的缺點，有人提出用RWG基函數表示電流而用RWG基函數表示磁流。這種情況下，盡管系統矩陣通常會是良態的，但是數值解會不精確。這是因為RWG基函數在三角形之間不是連續的，并且當對磁流求散度時會在三角形的邊界會產生虛擬的線電荷。?由于RWG基函數和RWG基函數都不能理想的表示磁流，本專利技術提出采用對偶基函數來解決這個問題。對偶基函數與RWG基函數有著相同特性，但是與RWG基函數在空間中幾乎正交。如果將它們共同使用，磁流和電流都能夠被合適的表示，并且系統矩陣性態也比較好。?為此，本專利技術給出的技術方案為：一種芯片電子封裝結構的精確電磁分析方法，其特征在于，應用于芯片電子封裝的電磁場矩量法分析，通過使用對偶基函數和RWG基函數分別來表示磁流和電流，從而達到比僅使用RWG基函數或者RWG基函數更加優良的分析結果，減弱了芯片尺寸遠小于電磁波波長所帶來的負面影響，并且本專利技術方法對于矩量法中網格的分割沒有苛刻的要求，使得運用更為廣泛，結果更加精確。上述本專利技術提出的互聯和封裝結構高效電磁分析的新方法，該方法使用對偶基函數來表示磁流，極大提高了計算精度，并且在低頻和較差網格質量的情況下結果依然很好，因此具有一定的實際應用價值。?與現有技術相比，本專利技術技術方案帶來的有益效果：典型的互聯和封裝結構通常要求頻率低于1GHz，在這種情況下，結構的尺寸相對于波長很小。在低頻的情況下系統矩陣可能是病態的，即使可以解決，其數值解也不精確。Loop-tree和loop-star基函數是可以解決低頻問題的有效工具，但是由于實施上的難度在封裝問題中沒有被廣泛采用。并且封裝分析需要包含很寬的頻域，但是loop-tree和loop-star基函數只適用于中頻和高頻。相對于這幾種基函數，對偶基函數在低頻下的效果更好。多尺度特性廣泛的存在于電磁分析當中，并且是分析電磁問題的一個阻礙。實際的互聯和封裝結構通常包括不同尺寸的各個部分，各個部分大小不一。在互聯和封裝結構中，導線和地的厚度相對于介質襯底十分薄，并且導體和介質襯底的厚度相對于它們的長度來說都十分小，所以在幾何上都是多樣的。所以幾何分割所得到的網格質量往往都不高，我們發現在求解電磁問題的數值解時，采用RWG基函數來表示磁流的方法對于網格質量十分敏感，不同的網格質量所得到的結果相差較大，而當我們使用對偶基函數時，則沒有這方面的問題。附圖說明圖1表示導體和介質部分連接在一起情況示意圖。?圖2表示兩塊導體與雙層的介質連接在一起情況示意圖。?圖3表示在單層介質襯底上有一根導線的情況。?圖4表示在單層介質襯底上有兩根導線的情況。?圖5表示在雙層介質襯底上有兩根導線的情況。?圖6給出的是當導體的厚度被忽略時，單層介質襯底和一根導線的幅度散射參數。?圖7給出的是當導體的厚度不被忽略時，單層介質襯底和一根導線的幅度散射參數。?圖8考慮了單層介質襯底和兩根導線的情況，導體的厚度被忽略的結果。?圖9考慮了單層介質襯底和兩根導線的情況，導體的厚度不被忽略的結果。?圖10雙層介質襯底和兩根導線的情況，當導體的厚度被忽略時的結果。?圖11雙層介質襯底和兩根導線的情況，當導體的厚度不被忽略時的結果。?具體實施方式以下結合附圖對本專利技術技術方案作詳實的介紹。我們先介紹對偶基函數。對偶基函數是Q.?L.?Chen和D.?R.?Wilton在1990年提出的，通常結合RWG基函數來定義的。在幾何離散化中選擇第n個RWG三角形對?，可以找到一多邊形對：先搜索所有與選定三角形共邊的三角形，找出其鄰接的三角形，連接這些三角形邊的中點和重心，使這個五邊形被分割成若干小三角形。基于這些帶有加權系數的小三角形的RWG基函數的集合就構成了對偶基函數:?是五邊形中小三角形的總和，和表示如下：?使用上述的兩個算符、,電場和磁場可以用源流和表示出來：?????其中，和分別表示對應區域的介電常數、磁導率、波阻抗和波數，為自由空間中的角頻率。互聯和封裝結構同時包括導體和介質，考慮圖1和圖2兩種情況：?圖1中，導體和介質部分連接在一起，在這種情況下，可通過下列電場積分方程（EFIE)來描述：??圖2中，兩塊導體與雙層的介質連接在一起（總共有五塊區域），所對應的電場積分方程（EFIE）可描述為：?驗證實施例：為了展示對偶基函數在互聯和封裝結構電磁分析中的穩健性，下面挑選了幾種典型的結構，在矩量法中使用對偶基函數來表示磁流。圖3中表示在單層介質襯底上有一根導線，圖4表示在單層介質襯底上有兩根導線，圖5表示在雙層介質襯底上有兩根導線。假設導線和地都是理想的電導體（PEC）構成，并且介質都是無耗的。??圖6和圖7分別給出的是當導體的厚度被忽略和不被忽略時，單層介質襯底和一根導線的幅度散射參數，我們使用了對偶基函數和RWG基函數來表示磁流，但是從結果中我們可以看出使用RWG基函數的結果不精確。并且當導體的厚度不被包括時，使用RWG基函數的結果隨著頻率的下降偏離理論值越遠。在圖8和圖9中，我們考慮了單層介質襯底和兩根導線的情況，分別是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種芯片電子封裝結構的精確電磁分析方法，其特征在于，應用于芯片電子封裝的電磁場矩量法分析，通過使用對偶基函數和RWG基函數分別來表示磁流和電流。

【技術特征摘要】
1.一種芯片電子封裝結構的精確電磁分析方法，其特征在于，應用于芯片電子封裝的電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：童美松，萬國春，張杰，楊春夏，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31