Разработка подсистем электро-теплового моделирования БИС и печатных плат в среде промышленной САПР

• Автор: Козынко, Пётр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Структура 2х уровневой электротепловой САПР БИС и ПП

1.1 Обзор современного состояния работ в области теплового и электротеплового моделирования БИС и ПП
1.2 Специфика подсистем электротеплового моделирования в составе промышленных САПР БИС и ПП.

1.3 Общая структура электротепловой САПР БИС и ПП.

1.4 Выводы.

Глава 2. Подсистема электротеплового моделирования ИС.

2.1 Структура автоматизированной подсистемы электротеплового моделирования в составе промышленной САПР БИС i

2.2 Выбор программы теплового моделирования БИС

2.3 Метод смешанного электротеплового моделирования БИС.

2.4 Практические примеры электротеплового проектирования ИМС
2.5 Выводы.
Глава 3. Подсистема электротеплового моделирования ПП.
3.1 Структура автоматизированной подсистемы электротеплового моделирования печатных плат в составе промышленной САПР Г1П i
3.2 Примеры электротеплового проектирования печатных плат.
3.3 Выводы.
Глава 4. Аппаратнопрограммный комплекс для измерения, исследования и верификации результатов расчта тепловых полей БИС и ПП
4.1 Структура аппаратнопрограммного тепловизионного измерительного комплекса
4.2 Описание аппаратной части измерительного ИКтепловизионного комплекса .
4.3 Обработка тепловых изображений в структуре промышленной САПР БИС и ПП
4.4 Выводы
Заключение.
Список литературы


Кроме того, существующие пакеты теплового моделирования ПП не учитывают того обстоятельства, что параметры таких распространённых компонентов, как дискретные полупроводниковые приборы и микросхемы, в значительной степени зависят от температуры, что сильно меняет их электрический режим. Для современных ИС и БИС можно считать общепринятым, что для учёта тепловых эффектов наиболее эффективным средством является электро-тепловое моделирование. Существуют два основных подхода к электро-тепловому моделированию. Первый, так называемый - метод совмещения сред, подразумевает использование двух сред моделирования: одной для численного решения задачи теплопроводности, и другой для электрического расчёта схемы с помощью программы Spice или её модификации в одном итерационном цикле. Достоинства: высокая точность, возможность визуализации, возможность перемещать разные компонег ггы (источники тепла) по топологии кристалла/платы для корректировки температурного распределения. Стационарные 2-х и 3-х мерные температурные профили по кристаллу или плате позволяют напрямую определить горячие точки и “слабые” компоненты. Недостатки подхода: в случае сильной электро-тепловой связи между компонентами сходимость к решению задачи не гарантируется; способ требует большого времени вычислений. На этом подходе в Фраунгоферском институте интегральных схем (г. Дрезден) построена подсистема электро-теплового моделирования, объединяющая в единый цикл расчётов известные программы SABER и ANSYS [8], а также подсистема электро-теплового моделирования ИС, разработанная специалистами фирм AMI Semiconductor, IMEC и Gradient Design Automation, объединяющая в единый цикл программу теплового расчёта CircuitFire и схемотехнические пакеты Spectre или UltraSim [9]. Второй, так называемый — метод электро-тепловой аналогии, представляет тепловую модель ИС в виде аналога электрической цепи, а затем программа схемотехнического моделирования (Spice, Spectre, Eldo) осуществляет совместное моделирование электрической и тепловой цепей. Достоинства: возможность быстро получить тепловое решение даже в случае сильно связанной электро-тепловой задачи; более простая подготовка и реализация задания на расчёт. Типичными представителями программ, реализованных на базе этого метода, являются SISSI [] и ILLIADS-T []. SISST (Simulator for Integrated Structures by Simultaneous Iteration) предназначена для расчёта статических, временных и частотных характеристик аналого-цифровых БИС с учётом тепловых эффектов. Она эксплуатируется совместно с системой проектирования БИС компании Cadence. ILLIADS-T является автономной специализированной программой расчёта тепловых режимов для КМОП БИС. Существенный вклад в развитое методов электро-теплового моделирования БИС внесли зарубежные учёные V. Szekely, A. Poppe, М. Renez []; S. Wunshe [8]; среди отечественных специалистов необходимо отметить А. Г. Мадеру [], [], К. О. Петросянца, Н. И. Рябова [] и др. Ряд ведущих производителей электронных компонентов, понимая всю важность теплового анализа, разработали собственные узкоспециализированные программы электро-теплового анализа. В частносш, компания International Rectifier разработала автономный пакет Hexrise, предназначенный для электро-теплового моделирования устройств на базе мощных полевых транзисторов []. Компания Infineon Technology AG разработала на базе программы SABF. R собственный пакет электро-теплового моделирования устройств на базе мощных МОП транзисторов []. Аналогичные разработки проводятся и другими ведущими фирмами - производителями электронных компонентов и микросхем. Большой вклад во внедрение экспериментальных и расчётных методов исследования тепловых режимов п/п приборов, ПС и П внесли отечественные специалисты Д. И. Закс (ОАО “НИИМЭ и Микрон”) [], Г] Е. И. Асвадурова [], В. В.В. Гольдин, В. Г. Журавский (НИИАА) [] и др. К сожалению, полностью автоматизированные подсистемы электро-теплового моделирования, встроенные в промышленные САПР БИС, на сегодняшний день ни у нас в стране, ни за рубежом не разработаны.