Technical Papers and Presentations

近年来，三维系统级封装技术逐渐成为人们的关注焦点，是下一代集成电路封装设计最有发展潜力的实现方案。然而，热管理是系统级封装技术需解决的关键问题。图1是典型的系统级封装结构，包含堆叠芯片、硅通孔、封装基板、热界面材料以及多层凸点结构。若对该结构的所有细节进行建模，将会消耗巨大的计算资源，导致分析效率非常低下。因此，本论文将封装中的硅通孔层以及凸点层等复杂结构进行等效处理，提取它们在水平和垂直方向上的等效热导率以及等效比热容、等效密度等参数。例如，在建模过程中，采用 COMSOL Multiphysics® 传热模块对硅通孔层的水平方向等效热导率进行提取，边界设置如图2所示 ... Read More

微波辅助生物柴油生产越来越受到了人们的关注，但是，微波的不均匀加热也影响了微波辅助生物柴油的大规模生产。研究表明，连续流微波加热器可以有效地解决微波辅助生物柴油的批量生产问题[1]，螺旋推进器也可以改善加热均匀性，于是仿真带有螺旋推进器的连续流微波加热器的生物柴油生产过程，有利于优化连续流微波加热器的设计，对提高微波辅助生物柴油生产效率有重要的意义。 本文使用了电磁场、旋转机械流、流体传热和化学反应接口。电磁场中的介电系数是关于温度和物质浓度的函数，流体的热参量由流体各组分的质量比等效所得[2]。计算采用步进求解的方法，先在频域求解电磁场，所得的耗散功率代入流体传热 ... Read More

目前的商用有限元软件中，描述导体材料多采用为双线性或者多线性硬化的本构模型，而如纯铜、铜铌合金等材料均在疲劳加载过程中展现出了明显的棘轮效应等循环变形特征。线性硬化模型最大的一个缺陷是不能反映材料的循环硬化/软化、棘轮行为等循环变形特征；相反，非线性硬化模型能对导体材料的循环变形特征行为更为合理的模拟。另外，商用软件存在两方面不可避免的问题，一是非线性随动硬化模型发展迅速，商用软件内嵌的模型不能及时更新至目前更为合理的循环塑性模型，二是不能通过定义损伤变量来对材料损伤造成的材料承载能力的下降进行描述。解决以上问题，可利用商业软件提供的材料二次开发接口 ... Read More

微纳米马达是一种能将周围环境的能量转化为自身自主运动的新型智能仿生材料，其在药物的运输与释放，低维材料的合成以及软物质研究中有着重要的应用[1]。基于自电泳的双金属棒马达是研究时间最长的一类马达，它有着与自然界中类似的自组装和群体行为的特性[2]。但是其运动机理复杂且涉及到多个物理场的紧密耦合，这就为其进一步的研究和应用带来了一定的困难。 COMSOL Multiphysics® 可以方便地进行多物理场的模拟。图(1)展示了双金属棒的自电泳机理， 由于棒两端的化学反应造成了带电离子浓度的分布不均匀，进而产生自生电场驱动马达运动。其中传质过程 ... Read More

基于声学透镜的声学聚焦技术已经在医学检测及医学治疗中有着广泛应用，特别是在 HIFU 技术中有着重要的地位。虽然近几年声学聚焦技术已经有着很多的成果，但是由于“衍射极限”的问题，聚焦区域有一定的限制。声学超材料技术是当前物理领域的热点，该技术的相关成果和优势已经渗透到多个学科的研究中。本文为了更好地抓住学科交叉的技术优势，发挥声学超材料在声学聚焦技术中的优势，使用 COMSOL Multiphysics® 进行了水下聚焦超声技术研究，得到了较好的实验效果。这些研究对推动我国的声学透镜技术研究有较大的帮助，对基于 COMSOL 的有限元分析声学透镜技术有较大的借鉴。 Read More

随着我国国民经济的持续高速发展，生活与生产的用电量越来越大，电力行业的规模日益增大。电力设备在不正常工作时，大多会产生电弧电晕，通过检测电晕电弧等目标，就可以获知电力系统设备的损害程度。然而，目前并没有对真实的电弧电晕目标进行非光子计数方式的定量化研究。本文作者研制了一套紫外外波段的面阵成像探测系统，对实验室人工制造的高电压电弧电晕目标进行了相关的分析与实验研究。 利用 COMSOL Multiphysics® 的等离子体物理场接口的 DC 放电接口，对实验所用的天梯仪器的放电行为建模，分子碰撞数据选择大气压下的空气模型，对电晕放电辉光主要贡献的成分N2+ ... Read More

利用高压电容器对单匝线圈放电是产生脉冲强磁场的技术之一，其电路模型简单，可以等效成RLC串联电路，但过程复杂，涉及电磁学、力学、热学、等离子体科学等众多学科。本文分析了其具体过程，并利用 COMSOL Multiphysics® 仿真平台进行了模拟，建立了二维和三维单匝线圈模型，重点研究了线圈的动态特性对磁场分布的影响，并对比了其结果和模型准确性；然后，讨论了线圈的尺寸和所产生磁场的关系；最后通过实验验证了仿真模型的准确性，为今后的相关科学研究奠定了基础。 Read More

引言：超流氦低温系统的正常运行离不开负压换热器，在此选用绕管式的负压换热器。其工况为 4.45K~2K 之间，低压侧绝对压力 3000Pa 左右。软件中用到的模块有 Livelink for Solidworks、Livelink for Excel、“非等温湍流 k-ε”接口。 结果：求解结果定性上正确，问题在于为了让换热器达到理想换热效果，需要更多匝数的绕管，对计算机要求很大，在该模型中只保留了 10 匝。 Read More

引言：柔性压力传感器在电子皮肤、智能假肢以及医疗监测诊断等领域发挥着十分重要的作用。因此压力传感器需要很高的灵敏度、较宽的敏感区间及稳定的性能。利用典型有机硅 PDMS 作为支撑层，聚合物 PEDOT: PSS 作为导电感应层制得的高度不均一微突结构的双压敏机制压阻传感器灵敏度达到了 851kPa-1。其探测范围广，性能优异，为解决目前压阻传感器中灵敏度低、敏感压力区间窄的难题提供了新思路。 COMSOL MULTIPHYSICS® 软件的使用：本文利用 COMSOL Multiphysics® 软件建立了不均匀微突结构的压阻式传感器模型 ... Read More

随着电力工业的快速发展，母线板作为汇集、分配和传送电能的装置，广泛应用于各个电工领域。由于流过母线板的电流一般较大，其温升发热问题不容忽视。该问题涉及电磁场、温度场、流场及位移场等多个物理场的综合。为了更好地研究其发热散热问题，本文采用 COMSOL Multiphysics® 多物理场直接耦合分析软件，基于有限元理论，在考虑设备几何形状和材料物理特性影响的基础上，对母线板进行三维建模。分别在瞬态和稳态情况下对母线板进行电—热—力耦合场分析，电—热—流耦合场分析，从而研究母线板的温度、电流密度分布规律和由于热膨胀引起的形变大小。最后加入层流，分析在考虑气流冷却效应时 ... Read More