Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией

Ачкасов Александр Владимирович; Ягодкин Александр Сергеевич; Макаренко Филипп Владимирович

doi:10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27

ВАК 2.3.7 УДК 004.9

Ещё 2 Свернуть

МУЛЬТИФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С ГЕТЕРОГЕННОЙ ИНТЕГРАЦИЕЙ Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией

АА Аа

Опубликовано в Моделирование систем и процессов · Том 18, Номер 3 · Страницы 20–27 · Рубрика: Технические науки

DOI: https://doi.org/10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27

Получено: 05.10.2025 Одобрено: 16.10.2025 Опубликовано: 16.10.2025

Авторы

АЧ

Ачкасов Александр Владимирович

ЯГ

Ягодкин Александр Сергеевич

МА

Макаренко Филипп Владимирович

АЧ

Ачкасов Александр Владимирович

Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж

ЯГ

Ягодкин Александр Сергеевич

Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж

МА

Макаренко Филипп Владимирович

Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж

АННОТАЦИЯ

В статье представлены современные методы мультифизического моделирования и симуляции процессов гетерогенной интеграции в микроэлектронике. Исследование включает комплексный анализ тепловых, механических и электромагнитных характеристик сложных многокомпонентных систем, объединяя различные физические явления для повышения надёжности и производительности микроэлектронных устройств. Для анализа применены передовые программные инструменты, включая Ansys Multiphysics и EDA-инструменты, которые позволяют эффективно оптимизировать конструкции на уровне микросхем и их корпусов. Результаты показывают, что использование перераспределительных слоев, материалов с низкими коэффициентами теплового расширения и высокоплотных межсоединений значительно улучшает управление тепловыми процессами, уменьшает механические напряжения и снижает электромагнитные потери, что существенно повышает общую эффективность и долговечность систем. Выявлены локальные зоны перегрева и концентрации напряжений, для которых предложены методы минимизации, такие как применение воздушных зазоров и оптимизация геометрии межсоединений. Верификация моделей проводится с использованием экспериментальных данных, подтверждающих высокую точность симуляций. Полученные результаты имеют важное практическое значение для разработки энергоэффективных и надёжных микроэлектронных решений, востребованных в приложениях искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений, Интернета вещей и других современных технологий, требующих высокой интеграции и компактности устройств. Работа закладывает основу для дальнейших инноваций в области микроэлектроники, способствуя решению проблем, связанных с замедлением закона Мура и необходимостью 3D-интеграции.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

гетерогенная интеграция, мультифизическое моделирование, тепловые процессы, механические напряжения, электромагнитное моделирование, перераспределительные слои (RDL), коэффициент теплового расширения (CTE), высокоплотные межсоединения, 3D-интеграция, надежность микроэлектронных систем

1. Sammakia B.G., Rangarajan S. Heterogeneous Integration Electronic Devices // Electronics. 2024. Vol. 13. Special Issue. URL: https://www.mdpi.com/journal/electronics/special_issues/YN6MZCWYP9 (дата обращения: 23.08.2025).

2. Applied Materials. Heterogeneous Integration. URL: https://www.appliedmaterials.com/il/en/semiconductor/markets-and-inflections/heterogeneous-integration.html (дата обращения: 23.08.2025).

3. Bayraktaroglu B. Heterogeneous Integration Technology: Final Report. Wright-Patterson Air Force Base: Air Force Research Laboratory, 2017. 108 p. URL: https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/AD1038452.pdf (дата обращения: 23.08.2025).

4. Wang H. et al. Thermal Modeling of 2.5D/3D Heterogeneous Integration Systems // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2021. Vol. 11. No. 3. P. 401-410. DOI:https://doi.org/10.1109/TCPMT.2021.3051234

5. International Technology Roadmap for Semiconductors 2.0. 2015 Edition. URL: http://www.itrs2.net (дата обращения: 23.08.2025).

6. Garrou P., Bower C., Ramm P. Handbook of 3D Integration: Technology and Applications of 3D Integrated Circuits. Weinheim: Wiley-VCH, 2019. 528 p.

7. Lau J.H. Recent Advances in 3D Heterogeneous Integration // Journal of Electronic Packaging. 2022. Vol. 144. No. 1. P. 010801. DOI:https://doi.org/10.1115/1.4052143.

8. Swaminathan M. et al. Modeling and Simulation for 3D Integration // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2020. Vol. 10. No. 12. P. 1945-1956. DOI:https://doi.org/10.1109/TCPMT.2020.3031232.

9. SEMI Standards: Heterogeneous Integration Roadmap. 2023 Edition. URL: https://www.semi.org (дата обращения: 23.08.2025).

10. Xie J. et al. Thermal Management Solutions for 3D IC Integration // Microelectronics Journal. 2021. Vol. 118. P. 105-212. DOI:https://doi.org/10.1016/j.mejo.2021.105212.

11. Николенко, С. Д. Моделирование возникновения внутренних напряжений в сложной структуре материала / С. Д. Николенко, С. П. Козодаев, С. А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 2. – С. 50-61. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2219-0767-2024-17-2-50-61. – EDN DIXFHX.

12. Полуэктов, А. В. Моделирование влияния электромагнитных полей на микросхемы / А. В. Полуэктов, Р. Ю. Медведев, К. В. Зольников // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 1. – С. 129-136. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2219-0767-2024-17-1-129-136. – EDN HWPUXU.

13. IMEC Annual Report 2024: Advanced Packaging Technologies. URL: https://www.imec-int.com (дата обращения: 23.08.2025).

14. Intel EMIB White Paper: Embedded Multi-die Interconnect Bridge Technology. 2023. 24 p. URL: https://www.intel.com (дата обращения: 23.08.2025).

15. Silicon Austria Labs. Heterogeneous Integration Technologies. URL: https://silicon-austria-labs.com (дата обращения: 23.08.2025).

16. Silicon Austria Labs. Annual Research Report 2024. 2024. 156 p. URL: https://silicon-austria-labs.com (дата обращения: 23.02.2025).

17. ANSYS Multiphysics User Manual. Release 2024 R1. Canonsburg: ANSYS Inc., 2024. 1200 p.

18. AMD Radeon™ Fury X Specifications. URL: https://www.amd.com (дата обращения: 23.02.2025).

19. Zhang Y. et al. Advanced Wafer-Level Packaging for Heterogeneous Integration // Journal of Microelectronics and Electronic Packaging. 2022. Vol. 19. No. 4. P. 145-156. DOI:https://doi.org/10.17206/jmep.2022.19.4.145.

20. Texas Instruments. DLP® Technology for Automotive Applications. Application Report. 2023. 32 p.

21. Analog Devices. ADXL50 Accelerometer Datasheet. Rev. C. 2024. 28 p.

22. IMEC eCube Technology White Paper. 2024. 18 p. URL: https://www.imec-int.com (дата обращения: 23.08.2025).

JATS XML

Главный редактор, председатель редколлегии

ГОСТ

Ачкасов А. В., Ягодкин А. С., Макаренко Ф. В. Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией // Моделирование систем и процессов. 2025. № 3. С. 20-27. DOI: https://doi.org/10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27. (дата обращения: 26.10.2026).

MLA

Ачкасов Александр Владимирович, Ягодкин А. С., Макаренко Ф. В.. "Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией." Моделирование систем и процессов 18.3 (2025): 20-27. DOI: https://doi.org/10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27.

APA

Ачкасов А. В., Ягодкин А. С., Макаренко Ф. В. (2025). Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией. Моделирование систем и процессов, 18(3), 20-27. https://doi.org/10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27

Chicago

Ачкасов Александр Владимирович, Ягодкин А. С., Макаренко Ф. В.. "Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией." Моделирование систем и процессов 18, no. 3 (2025): 20-27. https://doi.org/10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27.

WIKI

{{cite journal | author = Ачкасов А. В., Ягодкин А. С., Макаренко Ф. В. | title = Мультифизическое моделирование микроэлектронных систем с гетерогенной интеграцией | journal = Моделирование систем и процессов | year = 2025 | volume = 18 | issue = 3 | pages = 20-27 | doi = 10.12737/2219-0767-2025-18-3-20-27 }}

Скопировать

Экспорт: BibTeX EndNote RefMan RusMARC

Подтверждение