Elektro-termální model a simulace integrovaného obvodu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Termální vlivy mají v integrovaných obvodech stále větší dopad na životnost a správnou funkci čipu. Z toho důvodu je nutné čipy podrobit elektro-termálním simulacím ještě před zahájením výroby, aby se předešlo případným selháním obvodů. Tato diplomová práce se proto v první části zabývá popisem těchto jevů a způsoby vytváření teplotních modelů. Dále se práce zabývá dostupnými nástroji pro elektro-termální simulace a způsobem, jakým tyto simulátory fungují. V praktické části je ověřeno fungování elektrotermální simulace v nástroji Eldo, je navržena metoda automatizovaného vytváření termální sítě a realizován program pro její vytvoření na základě layoutu obvodu. Výsledky elektro-termální simulace s vygenerovanou termální sítí jsou porovnány s výsledky aktuálně používané metody.
Thermal effects in integrated circuits have increasing impact on chip's lifetime and function. For this reason, the chips must be subjected to electro-thermal simulations prior to the launch of production in order to avoid potential circuit failures. Therefore, in the first part of this diploma thesis these effects and methods of creating thermal models are described. The thesis also explores available tools for electro-thermal simulations and the way these simulators work. In the practical part of the thesis, the operation of electro-thermal simulation in the Eldo tool is verified, a method of automated thermal network creation is proposed and a application for its generation based on the circuit layout is implemented. The results of the electro-thermal simulation with the generated thermal network are compared with the results of the currently used method.
Thermal effects in integrated circuits have increasing impact on chip's lifetime and function. For this reason, the chips must be subjected to electro-thermal simulations prior to the launch of production in order to avoid potential circuit failures. Therefore, in the first part of this diploma thesis these effects and methods of creating thermal models are described. The thesis also explores available tools for electro-thermal simulations and the way these simulators work. In the practical part of the thesis, the operation of electro-thermal simulation in the Eldo tool is verified, a method of automated thermal network creation is proposed and a application for its generation based on the circuit layout is implemented. The results of the electro-thermal simulation with the generated thermal network are compared with the results of the currently used method.
Description
Citation
SIKORA, M. Elektro-termální model a simulace integrovaného obvodu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Mikroelektronika
Comittee
prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Radovan Novotný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Vávra, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Josef Šandera, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-06-17
Defence
Student seznámil komisi s řešením své diplomové práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Student popsal blokové schéma svého řešení, zmínil použitý programovací jazyk a výstupy z grafického rozhraní. Student také ukázal příklady výstupů dat, které jsou zapisovány do výstupních souborů a to i ve formě grafů. Byly popsány jednotlivé použité analýzy výsledků. Na závěr popsal možné úpravy a vylepšení termální sítě pro budouci návrhy. Dále odpověděl na otázky komise.
Otázky komise:
Na jakém principu určujete teplotní profil na čipu?
Toto řeší nástroj ELDO. Student tuto část vůbec neřešil.
Jaká byla motivace pro vývoj nového nástroje, když je k dispozici nástroj TCAD?
Kvůli nutnosti oddělit termální simulace od programu TCAD a kvůli zrychlení celé metody.
V práci píšete o Vámi navrženém programu, co generuje termální sít? Máte konkrétní ukázku?
Student vysvětlil princip generování termální sítě na obrázku v prezentaci.
Zohledňujete propojovací dráty a připojovací plošky na čipu?
Ne kvůli jednoduchosti a univerzálnosti metody.
Otázky oponenta:
V úvodu píšete, že "míra selhání mikroelektronických zařízení se zdvojnásobuje asi s každým navýšením teploty o 10 °C." a ve vyhodnocení pak "zatímco na původní termální mapě se teploty pohybují v rozmezí 70 °C až 75°C, na nově vygenerované termální mapě se teplota pohybuje v rozmezí 40°C až 75°C. Je zde rozdíl 30°C. Je tedy současná metoda použitelná pro analýzu vyvíjených IO?
Nelze přesně určit. Simulovaná data nebyla porovnána s reálnými daty. V současném stavu je metoda vhodná pouze pro orientační analýzu.
Jaká byla časová náročnost současné a Vaší metody, jejichž výsledky jsou prezentované na obr. 2.18?
Původní metoda potřebovala přípravu na několik dní. Tato nová metoda zabere pouze několik minut. Doba simulace je závislá na počtu prvků v termální síti.
Píšete, že pro testovaný čip se nepodařilo získat změřené hodnoty, proto byly výsledky porovnávány s analýzou z nástroje TCAD. Jaká je jeho přesnost?
Nebyly k dispozici reálná data takže není možné přesnost určit. Tento postup se ale používá v procesu ONC25 běžně a jeho výsledky jsou ověřeny.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení