集成电路芯片中的超快温度分布计算

集成电路设计的关键步骤之一是最小化发热和温度不均匀性。当前的温度计算方法，如有限元分析和电阻网络法，计算耗时巨大，使其无法用于布线和布局优化算法。为了减少计算时间，我们开发了一种称为功率模糊（power blurring）的新方法，该方法类比图像模糊，利用矩阵卷积技术计算温度分布。对于稳态分析，功率模糊能够在比有限元分析（FEA）快 3 个数量级的计算时间内，以 1°C 以内的误差预测热点温度。对于瞬态分析，单次脉冲的计算时间提高了 1000 倍，多频率应用提高了约 100 倍，同时预测热点温度的误差在 1°C 左右。功率模糊技术的主要优势在于它利用了硅衬底中占主导地位的热扩散，并使用了叠加原理。通过一次或两次有限元模拟，可以计算出复杂封装的温度点扩散函数。额外的模拟可用于提高芯片不同位置点扩散函数的精度。在本计算中，我们考虑了通过集成电路芯片背面和散热器的主要热传递路径。通过芯片顶部金属化层和电路板的热传递通常只占总耗散热的一小部分，在本分析中予以忽略。