面向HBM 2.5D封装热–力耦合分析的分形–RVE降阶建模方法

针对高带宽存储（HBM）2.5D封装结构中再布线层、硅通孔（TSV）及微球焊点等微米尺度结构与毫米尺度转接板、封装基板之间存在显著跨尺度特征，导致传统全细节热–力耦合仿真计算资源消耗大、求解时间长及收敛困难的问题，本文提出一种基于分形理论、壳模型与代表体积单元（RVE）的多层次降阶建模方法。该方法首先利用分形映射提取复杂再布线结构的典型几何特征，并结合壳模型构建兼顾局部微结构特征与系统尺度响应的原始等效模型；进一步通过有限元响应与最小二乘参数优化提取等效杨氏模量和热膨胀系数，并利用RVE均质化实现HBM–转接板–封装基板结构的进一步降阶。通过三点弯曲与热膨胀仿真验证表明，RVE降阶模型的焊点应力预测误差分别控制在2%和1%以内，同时三点弯曲与热膨胀仿真的求解时间分别降低90.2%和84.0%，内存占用分别降低78.1%和79.2%。研究建立了“分形几何等效—等效参数反演—RVE均质化—系统级快速仿真”的跨尺度建模框架，在保持热–力响应预测精度的同时显著降低计算成本，可为HBM先进封装在高算力AI工作负载下的结构可靠性评估、设计优化及寿命预测提供高效的数值分析方法。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793102601269X