[發明專利]一種應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法

在審

• 申請號: 201710150651.2
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106909751A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 陳勇波
• 申請（專利權）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 徐豐

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法。

背景技術

對于功率放大器、大功率開關等射頻微波大功率芯片，其工作時，芯片溫度明顯升高，因此在微波單片集成電路(MMIC)設計過程中必須考慮熱效應對器件和電路性能的影響，這就要求器件模型具有描述熱效應和電性能之間相互影響的功能，這種模型即所謂的熱電耦合模型。晶體管作為大功率芯片中熱效應最明顯的器件，其熱電偶合模型的精度直接影響到電路設計的成功率。

目前MMIC電路設計中常用的晶體管熱電耦合模型為緊湊型模型，這種模型基于晶體管的等效電路，采用一組經驗公式來描述晶體管的直流、線性和非線性特性，并采用熱電耦合參數來模擬熱效應和電特性的相互影響，比如Angelov模型中的熱阻R_th和熱容C_th，以及EE-HEMT模型中的熱系數P_eff等。這種緊湊型熱電耦合模型的優點是采用解析公式計算的方法，迭代速度快，收斂性好，而且熱電耦合參數可以通過測量方法提取，參數提取容易；但它也存在一些缺點，比如這種模型沒有考慮芯片封裝對熱阻的影響，另外隨著芯片的集成密度越來越高，芯片上熱源(晶體管、電阻等)之間的熱耦合越來越明顯，但緊湊型模型不能模擬這種熱耦合效應的影響；因此，在針對不同類型的芯片封裝環境以及高密度的芯片布局應用中，緊湊型熱電耦合模型的模擬精度較差。為解決這些問題，出現了一種新的熱電耦合模型，這種模型在模擬晶體管電性能的部分同樣基于緊湊型模型的經驗公式，但它并不采用熱電耦合參數來模擬晶體管的熱效應，而是采用熱力學的數值仿真方法，得到芯片在實際封裝環境和版圖布局中的熱分布，然后與晶體管的電性能經驗公式進行迭代，直至收斂，最后得到晶體管熱效應對電性能的影響。這種基于熱數值仿真的熱電耦合模型的優點主要是，可以模擬芯片各種封裝環境和不同的版圖布局的實際熱效應，模型精度更高，而且模型更具有物理意義，可以用于分析晶體管和封裝材料參數對晶體管性能的影響，而且可以用于優化版圖布局；但這種模型的缺點也同樣明顯，由于每次迭代都需要進行熱數值仿真，造成它的迭代速度非常慢，收斂性較差。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法，該應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法可以很好地解決現有技術中大尺寸半導體晶體管建模時，熱電耦合參數和寄生參數提取困難、模型精度不高的問題。

為達到上述要求，本發明采取的技術方案是：提供一種應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法，提供襯底，包括以下步驟：

S1、建立發熱元器件可縮放的緊湊型模型；

S2、根據芯片封裝環境和版圖布局，搭建芯片熱電耦合參數網絡；

S3、對發熱元器件的熱傳輸特性進行熱仿真，并根據熱仿真數據，提取熱電耦合參數網絡中各個參數值隨溫度的變化關系；

S4、將發熱元器件可縮放的緊湊型模型和熱電耦合參數網絡按照端口對應關系進行連接，得到晶體管的熱電耦合模型。

與現有技術相比，該應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法具有的優點如下：將緊湊型熱電耦合模型和基于熱數值仿真的熱電耦合模型相結合，既具有緊湊型模型求解速度快，收斂性好的優點，又能夠模擬各種封裝環境和不同版圖布局對芯片電性能的影響，可用于優化封裝環境和芯片布局。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明公開的熱電耦合模型建立方法流程示意圖；

圖2為本發明實例的GaN HEMT功率放大器芯片版圖布局示意圖；

圖3為本發明實例的GaN HEMT晶體管小信號等效電路模型示意圖；

圖4為本發明實例的功率MMIC芯片熱源之間的熱電耦合參數網絡及其符號示意圖；

圖5為本發明實例的GaN HEMT功率芯片熱電耦合模型鏈接方式示意圖。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領域技術人員公知的某些技術特征。

根據本發明的一個實施例，提供一種應用于MMIC設計的熱電耦合模型建立方法，如圖1所示，包括以下步驟：