[發(fā)明專利]一種功率模塊綁定線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110943710.8
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113536600A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅皓澤;陳宇;吳強(qiáng);李武華;何湘寧;夏原野;尹芹芹;吳建興
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/06;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種功率模塊綁定線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于功率模塊綁定線所采用的并排式、交錯式或疊層式布局類型與綁定落點(diǎn)以及綁定線根數(shù)，將功率半導(dǎo)體芯片劃分為多元胞結(jié)構(gòu)，將功率綁定線劃分為多線弧結(jié)構(gòu)；

S2、由綁定線弧高、起弧角度、線徑與芯片寬度確認(rèn)線弧電阻，由芯片金屬層寬度、厚度與芯片長度確認(rèn)芯片水平金屬層電阻；

S3、由功率半導(dǎo)體芯片的摻雜濃度、幾何尺寸和溫度敏感參數(shù)，建立與綁定線解耦的元胞電壓-電流-溫度物理模型，利用正溫度特性區(qū)元胞電壓對電流的導(dǎo)數(shù)的溫度線性化特征，提取元胞的溫度依賴性等效電阻；

S4、基于S2-S3建立具有綁定線弧和芯片金屬層電阻的三維多元胞電網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)所包含電流支路的數(shù)量對各元胞分類，編寫和求解任意數(shù)量的綁定落點(diǎn)和綁定線根數(shù)的電路方程組，獲得各元胞電流、線弧電流與各節(jié)點(diǎn)電壓；

S5、由S2所得綁定線弧電阻與S4所得線弧電流計(jì)算各線弧發(fā)熱功率，由S3所得元胞的溫度依賴性等效電阻與S4所得元胞電流計(jì)算各元胞發(fā)熱功率；

S6、基于功率模塊幾何尺寸、材料參數(shù)與邊界條件，分別計(jì)算各元胞和各線弧為芯片引入的二維溫升分布場，并全部線性疊加得到計(jì)及綁定線熱效應(yīng)的芯片各元胞溫度；

S7、判斷芯片各元胞溫度偏差小于預(yù)設(shè)值則認(rèn)定收斂，否則重復(fù)執(zhí)行步驟S3-S6直至收斂，即更新各元胞的溫度依賴性等效電阻，并執(zhí)行步驟S4-S6獲得更新的芯片各元胞溫度，所得溫度為計(jì)及綁定線熱效應(yīng)的芯片各元胞的電熱耦合迭代結(jié)果；

S8、從芯片各元胞溫度提取最高溫度和平均溫度為優(yōu)化目標(biāo)，在綁定線工藝約束下遍歷布局類型與綁定落點(diǎn)數(shù)以及綁定線根數(shù)，尋求綁定線布局最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而最終確立綁定線布局優(yōu)選方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊綁定線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S1中，將功率半導(dǎo)體芯片劃分為多元胞結(jié)構(gòu)，將功率綁定線劃分為多線弧結(jié)構(gòu)，具體為：對于功率模塊而言，功率半導(dǎo)體芯片剔除柵極焊盤和邊緣終端后為有源區(qū)，有源區(qū)由門極走線分隔開，在金屬層覆蓋后變?yōu)榭涉I合區(qū)域，該區(qū)域上對于所采用的任意并排式、交錯式或疊層式布局類型，具有M根綁定線，每根線有N個落點(diǎn)；據(jù)此芯片可以劃分為N×M個多元胞結(jié)構(gòu)，綁定線可以劃分為N×M個多線弧結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊綁定線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S2具體為：將綁定線弧規(guī)則化為等腰三角形結(jié)構(gòu)，則線弧電阻由綁定線弧高、起弧角度、線徑與芯片寬度確定；(M-1)個水平金屬層電阻由芯片金屬層寬度、厚度與芯片長度確定；忽略縱向金屬層電阻；線弧電阻R_wiren與水平金屬層電阻R_metalm求解表達(dá)式如下：

其中，h為線弧高，d為線徑，ρ_Al為鋁綁定線電導(dǎo)率，L_chip、W_chip分別為芯片長度、寬度，M、N分別為綁定線根數(shù)與落點(diǎn)數(shù)，t_m為金屬層厚度，w_m為金屬層寬度，ρ_metal為芯片金屬層電導(dǎo)率。