Fraunhofer-Gesellschaft

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3D-Simulation von Strukturen zur Modellgenerierung

 
: Stolle, Jörn; Reitz, Sven

:

Lienig, Jens; Dietrich, Manfred:
Entwurf integrierter 3D-Systeme der Elektronik
Berlin: Springer, 2012
ISBN: 978-3-642-30571-9
ISBN: 978-3-642-30572-6 (Online)
ISBN: 3-642-30571-7
pp.65-87
German
Book Article
Fraunhofer IIS, Institutsteil Entwurfsautomatisierung (EAS) ()

Abstract
Bei der 3D-Integration ergibt sich durch den geringen Abstand verschiedener Funktionsblöcke eine große Zahl möglicher physikalischer Wechselwirkungen innerhalb des 3D-Systems. Besonders der Einfluss von Integrations-, Packaging- und Verbindungstechnologien auf das Systemverhalten muss möglichst frühzeitig im Entwurfsprozess berücksichtigt werden.
Um die Gesamtfunktionalität des Systems gewährleisten zu können, muss einerseits das Hochfrequenzverhalten der Verbindungsstrukturen in die Betrachtungen einbezogen werden, welches Signalintegrität, Übersprechverhalten und Verzögerungszeiten beeinflusst. Andererseits spielen thermische Interaktionen innerhalb der Stapelstruktur eine wichtige Rolle. Durch die hohe Packungsdichte können verlustleistungserzeugende und temperaturempfindliche Blöcke sehr eng beieinander liegen, ebenso können thermische Gradienten bzw. Temperaturwechsel im System durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien einen großen Einfluss auf die mechanische Zuverlässigkeit haben.
Durch die Vielfalt der zu berücksichtigenden physikalischen Effekte und der benötigten Entwurfswerkzeuge ist eine ebenenübergreifende Methodik für die multiphysikalische Modellierung und Simulation sowohl für Verbindungsstrukturen als auch für den kompletten Stack des 3D-Systems notwendig. Ein modularer Modellierungsansatz ermöglicht es, effizient und ebenenübergreifend - sowohl hinsichtlich der Modellabstraktionsebenen als auch der physikalischen Domänen - Effekte in 3D-Strukturen zu modellieren.
Mit Hilfe von Feldsimulationen im HF-Bereich können parasitäre Schaltelementwerte für Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten der Verbindungsstrukturen ermittelt und später für die Schaltungs- und Systemsimulation bereitgestellt werden. Lösungsverfahren für partielle Differentialgleichungen werden ebenfalls für die Analyse der Wärmeausbreitung sowie als Basis für die Generierung von Verhaltensmodellen eingesetzt. Die genannten Verhaltensmodelle können mit Modellen für die elektrische Funktion kombiniert und somit für Gesamtsystemsimulationen genutzt werden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-217389.html