微系统TSV多物理场耦合分析及结构优化

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微系统技术是未来航空航天领域重点研究方向,硅通孔(Through Silicon Via, TSV)技术是其关键技术之一。目前,普遍采用单因素研究TSV多场耦合下的可靠性,其影响机理研究不够全面。针对此问题,采用有限元仿真分析手段,通过正交实验方法研究了不同直径和节距交互作用下TSV结构在电热耦合下的温度响应以及热力耦合下的应力响应情况。通过仿真结果分析了电热耦合下TSV直径与节距分别对其温升和局部热流密度的影响规律,基于函数推导解释了TSV温度随TSV直径变化的现象。分析了热力耦合条件下TSV直径与节距对其最大等效应力的影响规律,解释了TSV结构在径向出现应力叠加现象的原因。综合考虑电热耦合及热力耦合仿真结果,得到了2.5D微系统用TSV直径及节距的一般性设计建议。
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