[发明专利]一种基于ANSYS有限元热分析的芯片温度预测方法

说明书

本发明公开了一种基于ANSYS有限元热分析的芯片温度预测方法，包括：根据获取的芯片模型参数采用ANSYS构建芯片内部结构实体模型；对芯片内部结构实体模型进行有限元网格划分；加载生热率和边界条件，然后对有限元网格划分后的芯片内部结构实体模型进行稳态热分析，从而获得芯片最高温度；改变芯片的生热率，然后通过稳态热分析获得不同生热率下的芯片最高温度；对生热率与芯片温度的关系曲线进行拟合，从而得到生热率与芯片温度的关系函数；将实际的生热率代人生热率与芯片温度的关系函数，从而求出芯片的实际温度。本发明将温度的预测放到芯片的物理设计阶段，降低了花费的成本，操作简单和方便。本发明可广泛应用于半导体技术领域。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种基于ANSYS有限元热分析的芯片温度预测方法。

背景技术

半导体制造技术的发展使得芯片尺寸进一步减小，而芯片上的器件密度进一步增大，从而可以在一块面积很小的芯片中实现更多功能。但随之而来的问题是，芯片的工作温度也越来越高。相应地，芯片使用寿命就成为了关注的重点，经研究表明，芯片的使用寿命随芯片上器件的温度升高成指数下降的趋势。

传统的芯片温度测量采用的测量仪器大多为红外照射仪，且在芯片流片完成并制成电路PCB板之后进行，这种方法测量得到的温度值真实有效，但是一旦发现芯片存在温度问题时就需要重新进行芯片物理设计和流片，这样花费的成本比较高，不够简单和方便。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种成本低、简单和方便的，基于ANSYS有限元热分析的芯片温度预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ANSYS有限元热分析的芯片温度预测方法，包括：

A、根据获取的芯片模型参数采用ANSYS构建芯片内部结构实体模型；

B、对芯片内部结构实体模型进行有限元网格划分；

C、加载生热率和边界条件，然后对有限元网格划分后的芯片内部结构实体模型进行稳态热分析，从而获得芯片最高温度；

D、改变芯片的生热率，然后通过稳态热分析获得不同生热率下的芯片最高温度；

E、对生热率与芯片温度的关系曲线进行拟合，从而得到生热率与芯片温度的关系函数；

F、将实际的生热率代入生热率与芯片温度的关系函数，从而求出芯片的实际温度。

进一步，所述芯片内部结构实体模型包括芯片内部层级结构，所述芯片内部层级结构为自下而上分布的衬底、器件层、电源网络结构、绝缘层以及钝化层。

进一步，所述步骤A，其包括：

A1、根据选用的工艺库文件获取芯片内部各层级结构以及各层级结构材料的几何参数和热属性参数；

A2、根据获取的参数采用布尔操作构建芯片内部结构实体模型。

进一步，所述布尔操作包括：VADD相加操作，用于将电源网络结构的各层互连线与通孔进行布尔相加操作，以使电源网络结构成为一个整体结构；VSBV相减操作，用于将绝缘材料与电源网络结构进行相减，从而得到填充电源网络结构网格间隙的绝缘层隔离材料；GLUE粘连操作，用于对芯片内部结构实体模型的所有结构进行粘连操作，从而使得所有结构的节点相互关联。

进一步，所述步骤B，其具体为：

采用SOLID90二十节点六面体单元对衬底、器件层进行映射网格划分，采用SOLID87十节点四面体单元对电源网络、绝缘层以及钝化层进行自由网格划分。