xtSI: Thermischer Simulator für ICs

 

Motivation

  • Die Optimierung von Leistungstransistoren (DMOS) erfordert eine genaue Berechnung der Temperaturen unter Berücksichtigung der Selbsterwärmung.
  • Für den Layoutentwurf hochsymmetrischer Analogschaltungen benötigt man die exakte Temperaturverteilung auf dem IC (Isothermen).

 

Eigenschaften und Vorteile des Tools

  • Berechnung mit Finite Volumen
  • Automatisches adaptives Meshing, dadurch 10x schneller als kommerzielle Simulatoren.
  • Easy-to-use: Direkte Einbindung in kommerzielle Designumgebung über GUI (kein GDS in/out)
  • Verifizierung bis >500°C und industriell erprobt

 

Berücksichtigt werden

  • Beliebig geformte Polygone als Wärmequellen
  • Unterschiedliche Transienten als Wärmequellen
  • Temperaturleitung in Metalllagen
  • Package/ Umgebung (Leadframe, Kleber, Mold,...)
  • Selbsterwärmungseffekte (thermische Kopplung) in Transistoren bis zum thermischen Weglaufen

 

Beispiel

Temperaturverteilung bei DMOS-Transistoren

Anregung Strompuls 1ms, Id = 1.67V, Vds = 20V

 

 

DMOS- Transistor 620mm x 310mm nicht optimiert

 

Reduzierung von Source-Kontakten im vorherigen Hotspot-Bereich (470µm x 155µm) führt zu geringerer Maximaltemperatur.

 

Ergebnis

Zuverlässige Vorhersage der Temperaturverteilung bis zur Belastungsgrenze (SOA) erlaubt eine Optimierung durch Verringerung der Strombelastung im Hotspot.

⇒ Flächeneinsparung bis zu 20% möglich!