[发明专利]一种芯片设计可靠性的评估方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及芯片设计技术领域，具体地，涉及一种芯片设计可靠性的评估方法及装置。

背景技术

随着CMOS的特征尺寸已经进入了深亚微米阶段，其元器件密度、工作速度以及集成电路规模逐渐增加，集成电路的能耗密度越来越大，导致片上温度越来越高，从而带来的发热问题对集成电路的影响也日益严重。集成电路的功耗密度和工作温度的提高必然造成集成电路性能和可靠性的降低。对于复杂的芯片如何能够对其长期工作的可靠性进行评估就成为一个重要的问题。

当工艺特征较小的时候，芯片的功耗和可靠性之间的矛盾就越发的尖锐，传统的设计流程先设计后可靠性，可靠性失效再修改版图，如此反复直到产品开发成功。基于传统的设计流程已经大大不能满足产品开发的需求。

实际上，芯片中超过50％的失效都与热问题密切相关，究其原因在于：1.芯片自热效应，主要指芯片底层精细化的器件层、介质层、互联层带来的发热；2.封装体的散热效应，需考虑高热导的封装材料、散热布局等因素。而往往单独考虑上述某一效应是无法解决整体芯片的发热现象，它需要在芯片和封装设计阶段整体考虑自热与散热效应，才能从根本上解决芯片过热问题。

发明内容

本发明是为了克服现有芯片设计中为考虑散热效应导致芯片可靠性不高，容易反复修改光刻板的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种芯片设计可靠性的评估方法。

本发明实施例提供的一种芯片设计可靠性的评估方法，包括：

确定电路板图设计后，提取电路设计参数，电路设计参数包括电路器件参数、制造工艺、封装材料和结构；

给定电路温度，根据电路参数和电路温度确定电路中器件的功耗分布，电路温度的初始值为室温或预设温度值；

对电路板图进行网格化处理，并根据功耗分布计算每个网格在对应功耗下的温度，确定温度分布，并将温度分布反馈给电路中的相应的电路器件；重复上述确定功耗分布和温度分布的步骤，确定温度收敛时的收敛温度分布；

根据收敛温度分布确定最大温度值，并根据温度与电路器件工作寿命之间的关系确定电路器件的工作寿命；

在工作寿命大于预设寿命时，根据电路板图设计制作电路板。

在上述技术方案中，该方法还包括：

根据封装材料对电路进行分层，并分层确定每一层的最大温度值。

在上述技术方案中，在根据电路板图设计制作电路板步骤之前，还包括：

根据老化BSIM模型确定电路器件在预设寿命时的工作状态，老化BSIM模型为设有与老化时间相关的参数的BSIM模型；

当工作状态满足预设的工作条件时，根据电路板图设计制作电路板。

在上述技术方案中，根据功耗分布计算每个网格在对应功耗下的温度确定温度分布，包括：

根据功耗分布确定电路的三维热网络方程；

通过有限元计算方法，求解三维热网络方程，确定在对应功耗下的温度分布，并将温度分布反馈给电路中的相应的电路器件。

在上述技术方案中，功耗分布包括：动态功耗分布、内部功耗分布、短路功耗分布和/或静态功耗分布。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种芯片设计可靠性的评估装置，包括：

提取模块，用于确定电路板图设计后，提取电路设计参数，电路设计参数包括电路器件参数、制造工艺、封装材料和结构；

功耗分布确定模块，用于给定电路温度，根据电路参数和电路温度确定电路中器件的功耗分布，电路温度的初始值为室温或预设温度值；

温度分布确定模块，用于对电路板图进行网格化处理，并根据功耗分布计算每个网格在对应功耗下的温度，确定温度分布，并将温度分布反馈给电路中的相应的电路器件；重复上述确定功耗分布和温度分布的步骤，确定温度收敛时的收敛温度分布；

工作寿命确定模块，用于根据收敛温度分布确定最大温度值，并根据温度与电路器件工作寿命之间的关系确定电路器件的工作寿命；

制作模块，用于在工作寿命大于预设寿命时，根据电路板图设计制作电路板。

在上述技术方案中，该装置还包括：

分层模块，用于根据封装材料对电路进行分层，并分层确定每一层的最大温度值。

在上述技术方案中，该装置还包括：

老化模块，用于根据老化BSIM模型确定电路器件在预设寿命时的工作状态，老化BSIM模型为设有与老化时间相关的参数的BSIM模型；

制作模块还用于，当工作状态满足预设的工作条件时，根据电路板图设计制作电路板。

在上述技术方案中，温度分布确定模块包括：