基于有限元方法的集成電路熱分析.pdf

1、隨著CMOS的特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入了深亞微米階段，其元器件密度、工作速度以及集成電路規(guī)模逐漸增加，集成電路的能耗密度越來(lái)越大，導(dǎo)致片上溫度越來(lái)越高。集成電路的功耗密度和工作溫度的提高必然使得集成電路中的熱問(wèn)題也越來(lái)越突出，造成電路性能和可靠性的降低。環(huán)境溫度每升高10℃，失效率增大一倍以上。集成電路中超過(guò)50％的失效都與熱問(wèn)題相關(guān)。因此，隨著集成電路工藝尺寸的繼續(xù)減小，對(duì)于集成電路中熱問(wèn)題的研究，考察熱對(duì)電路性能、功耗以及可靠性的影響，并提

2、供熱可靠性設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方針將變得非常重要。 本文結(jié)合了電路仿真工具Cadence的Spectre和有限元軟件ANSYS，并借助LinkCAD for ANSYS建立了熱學(xué)模型，完成了一個(gè)放大電路的三維版圖級(jí)的穩(wěn)態(tài)熱模擬。在解決大規(guī)模集成電路的熱問(wèn)題時(shí)，由于熱模型的復(fù)雜程度及運(yùn)算量的巨大，ANSYS并不適用。區(qū)別于其它關(guān)于熱分析研究對(duì)復(fù)雜算法的關(guān)注，本文充分利用了ANSYS的優(yōu)點(diǎn)，將其作為輔助工具來(lái)得到等效熱阻與溝道面積的函數(shù)關(guān)系，

3、提出等效熱阻的概念。等效熱阻的概念除了包含縱向的熱阻，還包含了熱源向周?chē)臒釘U(kuò)散。引入了影響因子解決了MOS管間的相互熱耦合作用?；诘刃嶙韬陀绊懸蜃樱岢隽艘环N計(jì)算芯片穩(wěn)態(tài)溫度分布的新算法。運(yùn)用此算法解決了另一較大規(guī)模模擬集成電路的穩(wěn)態(tài)溫度分布問(wèn)題，并用ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析驗(yàn)證了結(jié)果，誤差在10％左右。 本文還對(duì)上述放大電路的進(jìn)行了瞬態(tài)熱分析。通過(guò)調(diào)整熱載荷脈沖時(shí)間仿真得到了此電路的熱時(shí)間常數(shù)；模擬了同一頻率不同占空比下電路