[發明專利]一種基于ANSYS有限元熱分析的芯片溫度預測方法

有效

• 申請號: 201410369427.9
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104182568B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 陳弟虎;粟濤;楊茵
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

本發明公開了一種基于ANSYS有限元熱分析的芯片溫度預測方法，包括：根據獲取的芯片模型參數采用ANSYS構建芯片內部結構實體模型；對芯片內部結構實體模型進行有限元網格劃分；加載生熱率和邊界條件，然后對有限元網格劃分后的芯片內部結構實體模型進行穩態熱分析，從而獲得芯片最高溫度；改變芯片的生熱率，然后通過穩態熱分析獲得不同生熱率下的芯片最高溫度；對生熱率與芯片溫度的關系曲線進行擬合，從而得到生熱率與芯片溫度的關系函數；將實際的生熱率代人生熱率與芯片溫度的關系函數，從而求出芯片的實際溫度。本發明將溫度的預測放到芯片的物理設計階段，降低了花費的成本，操作簡單和方便。本發明可廣泛應用于半導體技術領域。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其是一種基于ANSYS有限元熱分析的芯片溫度預測方法。

背景技術

半導體制造技術的發展使得芯片尺寸進一步減小，而芯片上的器件密度進一步增大，從而可以在一塊面積很小的芯片中實現更多功能。但隨之而來的問題是，芯片的工作溫度也越來越高。相應地，芯片使用壽命就成為了關注的重點，經研究表明，芯片的使用壽命隨芯片上器件的溫度升高成指數下降的趨勢。

傳統的芯片溫度測量采用的測量儀器大多為紅外照射儀，且在芯片流片完成并制成電路PCB板之后進行，這種方法測量得到的溫度值真實有效，但是一旦發現芯片存在溫度問題時就需要重新進行芯片物理設計和流片，這樣花費的成本比較高，不夠簡單和方便。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種成本低、簡單和方便的，基于ANSYS有限元熱分析的芯片溫度預測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于ANSYS有限元熱分析的芯片溫度預測方法，包括：

A、根據獲取的芯片模型參數采用ANSYS構建芯片內部結構實體模型；

B、對芯片內部結構實體模型進行有限元網格劃分；

C、加載生熱率和邊界條件，然后對有限元網格劃分后的芯片內部結構實體模型進行穩態熱分析，從而獲得芯片最高溫度；

D、改變芯片的生熱率，然后通過穩態熱分析獲得不同生熱率下的芯片最高溫度；

E、對生熱率與芯片溫度的關系曲線進行擬合，從而得到生熱率與芯片溫度的關系函數；

F、將實際的生熱率代入生熱率與芯片溫度的關系函數，從而求出芯片的實際溫度。

進一步，所述芯片內部結構實體模型包括芯片內部層級結構，所述芯片內部層級結構為自下而上分布的襯底、器件層、電源網絡結構、絕緣層以及鈍化層。

進一步，所述步驟A，其包括：

A1、根據選用的工藝庫文件獲取芯片內部各層級結構以及各層級結構材料的幾何參數和熱屬性參數；

A2、根據獲取的參數采用布爾操作構建芯片內部結構實體模型。

進一步，所述布爾操作包括：VADD相加操作，用于將電源網絡結構的各層互連線與通孔進行布爾相加操作，以使電源網絡結構成為一個整體結構；VSBV相減操作，用于將絕緣材料與電源網絡結構進行相減，從而得到填充電源網絡結構網格間隙的絕緣層隔離材料；GLUE粘連操作，用于對芯片內部結構實體模型的所有結構進行粘連操作，從而使得所有結構的節點相互關聯。

進一步，所述步驟B，其具體為：

采用SOLID90二十節點六面體單元對襯底、器件層進行映射網格劃分，采用SOLID87十節點四面體單元對電源網絡、絕緣層以及鈍化層進行自由網格劃分。