Моделирование и алгоритмизация тепловых характеристик микроэлектронных устройств на этапе схемотехнического проектирования

• Автор: Андреков, Игорь Константинович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 134 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1.Пути повышения эффективности автоматизированного теплового проектирования МЭУ

1.1 .Повышение эффективности систем схемотехнического проектирования на основе применения средств моделирования и оптимизации тепловых характеристик МЭУ
1.2.Анализ средств теплового проектирования с точки зрения использования на этапе схемотехнического проектирования

1.3.Цель и задачи исследования

2. Разработка математического обеспечения моделирования температурных полей в активных компонентах МЭУ на этапе схемотехнического проектирования

2.1. Разработка электротепловых математических моделей активных компонентов

2.2. Разработка схемных тепловых моделей компонентов

2.3.Основные выводы

3.Алгоритмизация процесса моделирования тепловых полей на этапе схемотехнического проектирования
3.1.Структура комплекса моделирования тепловых характеристик при проектировании схем МЭУ
3.2.Алгоритмизация моделирования температурных полей активных компонентов
3.3.Алгоритм и процедуры теплового проектирования на этапе разработки схем МЭУ
3.4.0сновиые выводы
4.Разработка программнометодического комплекса формирования моделей тепловых источников
4.1 .Структура программного и информационного
обеспечения
4.2.Практическое использование разработанных средств и анализ эффективности их применения 4.3.Основные выводы Заключение
Список использованных источников


После синтеза схемы устройства с использованием данных технического задания об условиях эксплуатации проводится предварительное прогнозирование надежности, на основе которого устанавливаются тепловые требования и ограничения к термокритичным компонентам и устройству в целом, необходимость оптимизации теплового режима. Для применяемых АК формируются модели источников тепла и тепловые модели, затем проводится совместное моделирование работы схемы и температурных полей АК, учитывающее параметры электрического режима и локальные собственные перегревы компонентов. В зависимости от способа решения в средствах теплового проектирования МЭУ применяют аналитические выражения для температурных полей или алгоритмические модели теплообмена, включающие исходные уравнения и численные методы решения. ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматривается формирование электротепло-вых моделей активных компонентов, входящих в состав комплекса теплового проектирования и ориентированных на интеграцию со средствами схемотехнического проектирования. Используемые в настоящее время модели схемных компонентов отражают температурную зависимость с помощью соответствующих термозависимых параметров. Новые версии программ моделирования электрических схем предусматривают ввод не только общей температуры, но и перегревов отдельных компонентов. Применяемые для этого математические модели тепловых процессов должны иметь комплексный теплоэлектрический характер. Предлагаемые математические модели используют данные электрических режимов для моделирования тепловых потоков в активной области. По значениям перегревов рассчитываются термозависимые параметры активных и пассивных компонентов, а также анализируется температурная стабильность функциональных характеристик МЭУ. Данный подход позволяет провести анализ термической устойчивости АК, а также осуществить на этапе схемотехнического проектирования оценку реализуемости данной схемы в данном конструктиве. Предлагается использовать для оценки применимости дополнительных видов охлаждающих устройств эквивалентный коэффициент теплоотдачи. В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматриваются вопросы построения алгоритмов и процедур теплового проектирования МЭУ при разработке схем. Приводится структура алгоритма формирования модели полупроводникового АК и расчета на ее основе теплового режима. На первом этапе после синтеза схемы строятся зависимости интенсивностей отказов схемных компонентов от температуры, по которой выявляются наиболее термокритичные и формируются требования к тепловому режиму (ТР) проектируемого устройства в виде набора значений допустимых пе-реіревов. По значениям полученных температур оценивается термическая устойчивость АК по критерию возникновения “горячих пятен”. По результатам анализа параметрической надежности с учетом выявленных температурных воздействий принимается ряд мер, направленных на повышение термоустойчивости и снижения тепловых влияний: введение цепей и схем компенсации, использование специальных схемных решений, соответствие тепловых сопротивлений транзисторов величине мощности тепловыделения, получаемое изменением геометрических размеров активных областей (при проектировании полупроводниковых ИС) и т. В качестве локальных в этом случае подразумеваются перегревы наиболее критичных или выбранных схемных компонентов. На следующем этапе с использованием эквивалентного коэффициента теплоотдачи проводится оценка реализуемости данной схемы в конкретных конструктивах по значению а^в. По рассчитанному значению аЭ1СВ оценивается пригодность различных типов конструкций для реализации проектируемого МЭУ и необходимость применения дополнительных теплоотводящих устройств (радиаторы, тепловые шины и т. Для этого сравнивается полученная величина аоКВ, обеспечивающая требуемый ТР, с заранее определенными значениями аэкв, характеризующими типовые конструкции, используемые конструктивные решения, охладители и т. В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассматриваются вопросы разработки программного и информационного обеспечения формирования моделей тепловых источников в полупроводниковых АК, реализующего предложенный алгоритм. Проводится анализ эффективности созданного программнометодического комплекса по результатам ее применения для формирования тепловых источников АК.