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越大，導致片上溫度越來越高。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題也越來越突出，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50％的失效都與熱問題相關(guān)。因此，隨著集成電路工藝尺寸的繼續(xù)減小，對于集成電路中熱問題的研究，考察熱對電路性能、功耗以及可靠性的影響，并提

2、供熱可靠性設(shè)計的指導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建立了熱學模型，完成了一個放大電路的三維版圖級的穩(wěn)態(tài)熱模擬。在解決大規(guī)模集成電路的熱問題時，由于熱模型的復雜程度及運算量的巨大，ANSYS并不適用。區(qū)別于其它關(guān)于熱分析研究對復雜算法的關(guān)注，本文充分利用了ANSYS的優(yōu)點，將其作為輔助工具來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，還包含了熱源向周圍的熱擴散。引入了影響因子解決了MOS管間的相互熱耦合作用。基于等效熱阻和影響因子，提出了一種計算芯片穩(wěn)態(tài)溫度分布的新算法。運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)溫度分布問題，并用ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析驗證了結(jié)果，誤差在10％左右。 本文還對上述放大電路的進行了瞬態(tài)熱分析。通過調(diào)整熱載荷脈沖時間仿真得到了此電路的熱時間常數(shù)；模擬了同一頻率不同占空比下電路