[發明專利]一種支持大規模三維集成電路的熱仿真和熱設計方法

有效

• 申請號: 201610151305.1
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105760624B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 王瑋;皮宇丹;王寧宇;陳兢;金玉豐
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 邱曉鋒

1.一種支持大規模三維集成電路的熱仿真方法，其步驟包括：

1)對輸入的三維集成電路區塊參數文件進行解析，解析后的數據結構包括：三維集成電路區塊位置、區塊形狀和尺寸、區塊材料對應的熱導率、區塊包含的功率大?。?/p>

2)使用腳本解析工具，根據解析后的三維集成電路數據結構，調用有限元仿真工具建立三維集成電路熱模型；

3)對建立好的三維集成電路熱模型進行網格劃分優化和求解器設置；

4)利用劃分的網格和設置的求解器，調用有限元仿真工具進行仿真計算；

5)計算結束后，調用有限元仿真工具導出三維集成電路熱分析結果，包括：各電路區塊溫升和溫度分布，各平面內溫度分布，各平面內最高溫度、最低溫度和平均溫度，以及各平面間溫差。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1)所述三維集成電路區塊參數文件為包含簡化后的電路信息的文件，其中包括：簡化后三維集成電路的區塊劃分，區塊的形狀、位置，區塊所在層數，材料熱導率，區塊內部層次劃分，簡化后區塊功率大小。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟1)將電路信息的數據結構輸出為二進制文件。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)建立三維集成電路熱模型的過程包括：

1)向有限元仿真工具的ComputeT模塊輸入二進制電路信息文件位置，并由該模塊將二進制電路信息文件讀入內存；

2)創建電路幾何模型對象，并創建有限元仿真工程對象；根據電路區塊信息遍歷簡化后的電路區塊，針對每個區塊進行以下操作：

a)根據簡化的三維集成電路信息，按照區塊順序依次調用有限元仿真工具的建模模塊，將區塊位于坐標系的位置、區塊形狀、區塊形狀決定的尺寸信息寫入有限元仿真工具，調用建模命令按照寫入信息進行三維建模；

b)根據實驗或理論值確定電路包含的材料參數，調用有限元仿真工具輸入材料對象，并設置材料的物理參數，包括密度、泊松比、熱導率；

c)在建模完成的三維集成電路結構中創建選擇對象，依次按照位置選擇簡化電路區塊中不同材料區域，對每個選擇返回的對象調用有限元仿真工具接口設置對應材料；

d)調用有限元仿真工具加入熱學物理場或熱學物理模型，在熱學物理模型對象下加入熱源、熱沉邊界條件和熱傳導模型；根據簡化集成電路信息中的區塊功率設置熱源位置和熱源功率，根據電路信息中的各層材料熱導率信息設置熱傳導物理模型中的熱導率參數。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟3)對于每個集成電路平面，根據不同材料的厚度和功能，確定各層結構所需劃分網格數，并調用有限元仿真工具網格劃分模塊進行網格劃分操作。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟3)設置的求解器為穩態求解器。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟5)通過以電路區塊為單位遍歷有限元仿真結果，構建三維集成電路熱評估信息，并調用數值計算軟件或腳本解析軟件對提取的信息進行可視化處理，利用軟件繪圖函數將三維集成電路整體溫度、各電路平面內溫度分布繪制出來。

8.一種支持大規模三維集成電路的熱設計方法，其步驟包括：

1)采用權利要求1至7中任一項所述的方法，通過有限元仿真工具對三維集成電路進行熱仿真，并導出熱仿真結果；

2)將有限元仿真工具導出的結果讀入內存，對熱仿真結果進行分析，對三維集成電路進行熱評估，包括：根據平面內溫度分布計算平面內溫度方差，并導出；根據平面內溫度畫出平面內最高溫度、最低溫度、平均溫度圖，并導出；根據平面間溫度分布畫出平面間溫度梯度，并導出；

3)對步驟2)導出的結果進行分析，將得出的結論用于指導三維電路布圖、布局和布線。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于：所述指導三維電路布圖、布局和布線，包括：根據溫升情況判斷三維集成電路能否在工作時處于安全工作環境，是否會由于溫度過高而對電路功能或結構產生影響；根據電路平面間溫差判斷三維集成電路平面間熱傳導是否順暢，平面間導熱結構如三維硅通孔數量能否滿足電路散熱需要，并得到哪些平面間熱傳導出現障礙，從而進行針對性調整；根據各個電路平面內溫度方差判斷該平面內電路元器件或功能模塊布局是否存在熱源分布過度集中導致產熱過于集中、散熱困難的問題，從而考慮對該平面特定區域元器件或功能模塊布局進行針對性調整。