系統(tǒng)級(jí)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(jìn)，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(jìn)而熱問(wèn)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(huì)影響芯片內(nèi)器件的電特性以及整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在系統(tǒng)級(jí)封裝—未來(lái)集成電路發(fā)展的方向之一中，由于其系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路功能、信號(hào)特征和工藝實(shí)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(jí)封裝中的電熱效應(yīng)，分析了有源器件的電特性，整個(gè)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(jí)封裝電熱分析的研究背景以及現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的研究狀況。因?yàn)橄到y(tǒng)級(jí)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(guó)內(nèi)外的研究成果也只針對(duì)其中的某個(gè)小部分。所以，本文管中窺豹從以下四個(gè)角度來(lái)分析系統(tǒng)級(jí)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(jí)時(shí)，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(dòng)不敏感的工作點(diǎn)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(zhǎng)的關(guān)系。為此，本文采用最小二乘法，提出一個(gè)簡(jiǎn)潔且精確的系統(tǒng)級(jí)估計(jì)漏電流的半物理模型。
　　3）根據(jù)電場(chǎng)與熱場(chǎng)的類(lèi)比關(guān)系，可以用等效熱路的方法來(lái)估計(jì)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(duì)實(shí)際的封裝模型進(jìn)行等效熱阻網(wǎng)絡(luò)的提取和簡(jiǎn)化，得到快速而準(zhǔn)確的穩(wěn)態(tài)結(jié)溫的計(jì)算公式。
　

4、　4）在高級(jí)工藝下，互連線的電阻率增大，長(zhǎng)度變長(zhǎng)，互連線問(wèn)題引起了廣泛地關(guān)注。本文對(duì)甚大規(guī)模集成電路中全局互連線電熱效應(yīng)進(jìn)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(gè)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(jí)封裝電熱分析的冰山一角，但卻有著重要的實(shí)際意義。晶體管不敏感工作點(diǎn)和最佳電源電壓的解析模型對(duì)設(shè)計(jì)可靠的高性能器件具有指導(dǎo)意義；系統(tǒng)級(jí)漏電流的估計(jì)模型可用于快速的漏功耗估計(jì)和