[发明专利]基于电热联合建模仿真的功率放大芯片设计优化方法

说明书

本发明公开了一种基于电热联合建模仿真的功率放大芯片设计优化方法，该方法包括以下处理步骤，步骤1：设计功率放大芯片并进行仿真获得该芯片的电气参数；步骤2：根据电路布局获得该芯片的版图及版图的面积参数；步骤3：获得热模型，并且计算获得热流参数；步骤4：进行网格划分，从而获得该芯片内部不同位置的实际温度；步骤5：通过该芯片内部不同位置的实际温度对该芯片的电路及版图进行优化从而降低该芯片的电气误差和芯片内部的实际温度；步骤6：将优化后的芯片重复进行步骤1‑步骤5的处理直到芯片达到指定的电气指标并且工作温度在可靠范围内，则优化结束。本发明通过对功率放大芯片的电路和版图进行优化，可以提高热分析的准确性，降低功率放大芯片的误差，提高芯片的可靠性。

技术领域

本发明涉及集成电路工艺及封装领域，尤其涉及一种基于电热联合建模仿真的功率放大芯片设计优化方法。

背景技术

功放芯片作为移动通信设备中最重要的射频模块之一，需要良好的稳定性和可靠性。但随着5G时代的逐步到来，移动通信设备的工作频段不断上升，功放芯片的功率密度也随之不断增加。功放芯片的设计过程通常考虑三个方面的指标：第一个是电气指标，包括功率放大器自身性能所需要满足的电参数；第二个是成本指标，此部分指标主要与面积、设计周期和工艺有关；第三个是可靠性指标，通过对芯片进行热仿真、电磁仿真等，保证芯片在复杂的工作情况下，能够长期稳定的输出。

鉴于当前移动终端的射频模块主要以欧美产品为主，国内设计公司自主研发的射频模块虽以努力赶超，但是也不得不以降低成本的方式来打破垄断的局面。即便如此，国内射频模块也只能占领部分低端手机的市场，而在高端手机市场，还是以性能更稳定的进口芯片为主。造成这种现象的原因主要有三个：

1、功放芯片由于输出功率较高，单元之间热耦合严重，工作温度可高达90℃～130℃，远高于稳定工作的温度范围。为了满足要求，可通过优化设计和增大面积的方式降低温度。但是无论是哪种方法都会增加成本。因此在设计过程中，为了达到低成本和高效出货的要求，设计公司都将注意力集中在电气指标和成本指标，导致芯片长期工作在最高温度下，性能降低。

2、功放芯片内部放大单元较多，不同的单元由于摆位间距等问题导致温度不均。然而在实际设计过程中，所有热源统一设置在理想温度下。因此电气指标和实际情况不符，芯片准确性降低。

3、功放芯片的材料环境比一般芯片要复杂，同时集成多种工艺，例如SOI工艺和HBT工艺，这对热建模和仿真造成了一定难度。因此，部分公司将此建模过程省略，以经验值估算实际效果，造成芯片可靠性降低。

目前，学术界和工业界已提出了多种芯片温度估算的方法。主要方法是利用有效的热建模软件为芯片建模，估算芯片温度。这些方法或是提高了建模的精准性，或是降低了温度预测的误差，或是改进了算法的收敛过程，但上述方法仅针对热分析过程，虽然热仿真结果有了较大提高，但都无法对芯片自身的性能提高提供帮助。主要原因是设计过程脱离了功放芯片的设计过程，单纯的将芯片简化为一个热源进行建模和热仿真，不考虑芯片内部热源分布和对芯片性能的影响，最终导致结果与实际情况不符，仿真结果无法被电路设计再利用。

发明内容

本发明的目的是，提供一种基于电热联合建模仿真的功率放大芯片设计优化方法，可以提高热分析的准确性，降低功放芯片的误差，提高芯片的可靠性。

为实现该目的，提供了一种基于电热联合建模仿真的功率放大芯片设计优化方法，该方法包括以下处理步骤：

步骤1：设计功率放大芯片电路并进行仿真获得该芯片的电气参数；

步骤2：根据该芯片的电气参数布局获得该芯片的版图及版图的面积参数；

步骤3：根据该芯片的电气参数和版图的面积参数对该芯片进行等效获得热模型，并且计算获得热流参数；

步骤4：对热模型进行网格划分，通过加载热流参数仿真获得该芯片内部不同位置的实际温度；