Abstract
Through mechanical coupling, thermal effects can lead to drifts in circuits׳ electrical performances, as well as integrated circuits reliability issues. It is thus necessary to consider thermal, mechanical and electrical effects all together in a self-consistent manner. This work focuses on the electro-thermo-mechanical simulation of integrated circuits, performed in a unique Computer Aided Design environment, in the target of ICs reliability monitoring from the early design stages. An electro-thermo-mechanical simulation tool was developed using the Cadence® environment and the Spectre® simulator. The simulation principle is based on the direct approach with a mixed compact and finite element modelling. Three networks, i.e. the electrical, the thermal and the mechanical networks are automatically generated, linked together, and then simulated using a single simulator, i.e. Spectre®. The electro-thermal modelling being already developed, this paper is focused on the finite element modelling of the thermo-mechanical effects using the behavioural language Verilog-A. First simulation results on a single silicon cube have been compared with results obtained from COMSOL Multiphysics®, showing a good agreement. Finally a simplified two-material integrated circuit featuring a power device has been simulated in order to show the possibilities of the tool
چکیده
در میان تزویج مکانیکی، اثرات گرمایی به همان خوبی نتایج قابلیت اطمینان مدارات مجتمع، می توانند در عملکردهای مدارات الکتریکی موجب رانش شوند. بنابراین، بررسی همه اثرات گرمایی، مکانیکی و الکتریکی در یک حالت خودسازگار لازم است. این مقاله بر روی شبیه سازی الکتروترمومکانیکی مدارات مجتمع تمرکز دارد، به منظور نمایش قابلیت اطمینان ICها هدف از مراحل اولیه طراحی در یک محیط طراحی به کمک یک کامپیوتر منحصر به فرد انجام شده است. یک ابزار شبیه سازی الکتروترمومکانیکی با استفاده از محیط Cadence و شبیه ساز Spectre بهبود داده شده است. اصول شبیه سازی مبتنی بر رویکرد مستقیم به همراه یک ترکیب فشرده و مدل سازی المان محدود است. سه شبکه، برای مثال شبکه های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی که به صورت اتوماتیک تولید شده اند، به هم متصل گردیده و سپس با استفاده از یک شبیه ساز تکی مانند Spectre شبیه سازی شده اند. مدل سازی الکترو حرارتی در حال حاضر بهبود داده شده است، این مقاله بر روی مدل سازی المان محدود اثرات ترمومکانیکی با استفاده از زبان رفتاری Verilog-A تمرکز دارد. اولین نتایج شبیه سازی بر روی مدل سازی المان محدود بر روی یک مکعب سیلیکونی که با نتایج به دست آمده از COMSOL Multiphysics مقایسه شده است، یک سازش خوبی را نشان می دهد. بالاخره یک مدار مجتمع ساده شده دو ماده ای با ترکیب یک وسیله قدرتی به منظورر نشان دادن احتمالات ابزاری شبیه سازی شده است.
1-مقدمه
تکنولوژی های طراحی جدید با مسائل جدی حرارتی که از افزایش پیوسته جریان تراشه و چگالی های توان ناشی می شوند، مواجه هستند. خطاهای به دلیل جابجایی الکتریکی و شکست اکسید-گیت، افزایش تاخیر در خطوط، نشت توان و نویز حرارتی، بعضی از موانع بحرانی به منظور عملیات حرارتی بالا هستند [1-5]. به علاوه، افت حرارتی مهم در تراشه عدم تطبیق هایی بر روی ولتاژ بایاس و جریان های مدارات آنالوگ، و همچنین تنش های مکانیکی که باعث کاهش متوسط زمان خطای مدار میشود، را ایجاد می کند...