系統(tǒng)級封裝中的電熱分析.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)不斷先進，集成電路的功率密度不斷增大，芯片的工作溫度亦隨之升高，進而熱問題成了限制集成電路發(fā)展的障礙之一。另一方面，溫度的升高會影響芯片內(nèi)器件的電特性以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在系統(tǒng)級封裝—未來集成電路發(fā)展的方向之一中，由于其系統(tǒng)設(shè)計、電路功能、信號特征和工藝實現(xiàn)的復(fù)雜性，系統(tǒng)的電、熱特性必須要綜合考慮。本文圍繞系統(tǒng)級封裝中的電熱效應(yīng)，分析了有源器件的電特性，整個封裝系統(tǒng)的熱特性，并綜合分析了全局互連線的電熱耦合效

2、應(yīng)。
　　本文首先介紹了系統(tǒng)級封裝電熱分析的研究背景以及現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究狀況。因為系統(tǒng)級封裝涵括的范圍相當(dāng)廣—小至單根晶體管，大至整塊芯片，而且國內(nèi)外的研究成果也只針對其中的某個小部分。所以，本文管中窺豹從以下四個角度來分析系統(tǒng)級封裝的電熱特性。
　　1）當(dāng)集成電路中晶體管的特征尺寸縮小到納米級時，它的工作特性隨溫度變化是很復(fù)雜的情況。本文基于BSIM3的溫度模型，提出了晶體管線性和飽和工作區(qū)內(nèi)溫度波動不敏感的工作點和最佳

3、電源電壓的理論解析模型。
　　2）閾值電壓隨著工藝的發(fā)展不斷降低，導(dǎo)致芯片漏功耗所占的比例不斷增大，而引起漏功耗的漏電流與溫度呈指數(shù)增長的關(guān)系。為此，本文采用最小二乘法，提出一個簡潔且精確的系統(tǒng)級估計漏電流的半物理模型。
　　3）根據(jù)電場與熱場的類比關(guān)系，可以用等效熱路的方法來估計結(jié)溫（芯片的工作溫度）。本文應(yīng)用這種電與熱等效的方法，對實際的封裝模型進行等效熱阻網(wǎng)絡(luò)的提取和簡化，得到快速而準(zhǔn)確的穩(wěn)態(tài)結(jié)溫的計算公式。
　

4、　4）在高級工藝下，互連線的電阻率增大，長度變長，互連線問題引起了廣泛地關(guān)注。本文對甚大規(guī)模集成電路中全局互連線電熱效應(yīng)進行建模和分析，并給出穩(wěn)定狀態(tài)下，線上溫度與電流的解析解?；谶@個電熱模型，提出一種迭代的電熱耦合分析法。
　　本文的這些工作雖然僅僅是系統(tǒng)級封裝電熱分析的冰山一角，但卻有著重要的實際意義。晶體管不敏感工作點和最佳電源電壓的解析模型對設(shè)計可靠的高性能器件具有指導(dǎo)意義；系統(tǒng)級漏電流的估計模型可用于快速的漏功耗估計和