[发明专利]集成电路产品布线区域等效导热系数的批量化计算方法

说明书

本发明提供了一种集成电路产品布线区域等效导热系数的批量化计算方法，根据集成电路产品的几何轮廓，建立布线层几何模型，并进行几何分区；获取每一布线层的线路图像，对其进行图像处理；为处理后的线路图像生成包含位置和像素信息的二维数组；对处理后的线路图像进行几何分区，根据线路图像的几何分区内的各像素点与二维数组中的各元素之间的映射关系，计算布线区域的各分区的各向异性等效导热系数并存储；将计算得到的布线区域各分区的各向异性等效导热系数导入到布线层的有限元几何模型的对应分区模型中，实现布线层的有限元几何模型中的各分区模型的各向异性等效导热系数的批量化赋值。本发明可以实现高效的自动化建模、计算和可视化分析。

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，涉及一种集成电路产品布线区域等效导热系数的批量化计算方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，随着电子信息技术的发展和集成电路设计、制造、封装水平的进步，电路功能日益复杂，规模日益庞大。然而随着集成电路尺寸越来越小、设计越来越复杂、功率密度越来越高、热耗越来越大，热效应导致的集成电路可靠性问题日益严重，因此如何快速、精准地处理电流的焦耳热效应或内部热扩散问题以达到高效的热管理，正在成为集成电路设计的重要瓶颈问题之一。制定高效的热管理战略需要两个关键元素：一是热学模型的建立，用来描述电路的热行为；二是设计技术，用于减小三维叠层平面间热梯度，并将工作温度维持在可接受范围内。其中，对热学模型的主要要求包括高精度和低运算量，并满足在可接受的计算时间和成本内对整个电路的热分布情况进行准确评估。

在集成电路领域的芯片-封装-系统多层级设计过程中，元器件之间的电气连接都离不开布线结构，芯片制造过程中金属化工艺形成的多层金属系统、芯片封装过程中涉及到的封装基板以及印制电路板中的布线层都是利用图案化的金属薄层来实现元器件互连的。布线结构一般由导电金属和其间的绝缘材料组成，由于其结构复杂性以及材料分布不均匀性，使得线路区域在制造乃至使役过程中的热学性能都呈现出各向异性，进而易于造成热分布的不均匀性，因此有必要对布线结构热学模型进行较为精确的描述，从而实现有效热管理的目的。在对布线区域进行热模型建立过程中，如果按照实际线路的几何模型直接进行精细化建模，其计算量将十分庞大，不具备仿真分析的可行性。因此，在实际建模过程中需要按照位置信息对不同分区的热学性能进行简化、等效并输入到相关热仿真软件中进行计算，从而达到兼顾计算精度和计算成本及效率的目的。

热传递主要存在三种基本方式：热传导、热对流、热辐射；其中，在对布线结构进行传热分析中以热传导方式为主。对于由热学性质差异显著的金属、电介质材料组成的布线结构系统，为了描述系统空间内的热传导过程，并确定系统内的温度分布，应求解方程式中λ为导热系数，T为温度，Q为产生的热量。因此，实现布线结构各向异性导热系数的等效计算对布线区域热分析具有重要意义。针对等效导热系数的计算，除了按照常规的定义式进行求解，也可根据导热系数与热阻间的关系式：(式中，θ为热阻，S和L分别为沿传热方向上导热体的面积和长度)，通过对导热体等效热阻的求解推得等效导热系数。在对热阻网络进行等效热阻计算过程中，需要用到热阻的串/并联等效计算公式(热阻的串/并联同电阻的串/并联相似)，具体公式为：θ_串联＝θ₁+θ₂+θ₃+...(热阻串联公式)和

在将布线层各向异性等效导热系数输入到有限元软件进行等效热学模型建立的过程中，尽管有限元软件提供了图形操作界面和软件编程接口，但是大数据量的等效材料参数难以直接通过自动化方式输入仿真软件进行建模和参数设定，而如果采用手动输入的方式进行建模和参数设定，将存在工作量巨大、可操作性差、对已有模型进行修改和更新困难等问题。

发明内容