一种互补型双芯片共封装功率MOSFET的热电协同设计方法及其装置与流程

本发明涉及芯片封装，尤其涉及一种互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计方法及其装置。

背景技术：

1、功率mosfet器件的热电协同仿真是封装设计与可靠性评估的核心环节。现有仿真方法通常针对单芯片封装建立垂直方向热阻网络，以一个开关周期内的平均功耗作为热网络的静态激励源，电路仿真与热分析分步串行执行，两者之间缺乏实时的双向数据交换。

2、互补型双芯片共封装将n芯片与p芯片集成于同一封装体内，共用dbc铜层与散热衬底，两芯片之间存在显著的横向热传导路径。现有仿真方法仅建立单芯片垂直热路，完全忽略了两芯片dbc铜层节点之间的横向热耦合热阻与横向热容，导致两芯片间的热串扰效应无法被捕捉。此外，n沟道与p沟道mosfet的多数载流子分别为电子与空穴，两者迁移率温度系数存在本质差异，导致相同温升条件下两管导通电阻增幅与阈值电压漂移速率均不相同，进而造成漏极电流计算误差随结温升高持续累积。

技术实现思路

1、本发明提供了一种互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计方法及其装置，本发明解决了现有技术因忽略横向热耦合路径而导致的热串扰效应系统性缺失问题，进而实现了电路求解与热网络求解的双向耦合迭代。

2、第一方面，本发明提供了一种互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计方法，所述互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计方法包括：

3、创建共封装器件中n芯片与p芯片的封装热网络，并以所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源；

4、建立所述n芯片的第一补偿模型与所述p芯片的第二补偿模型；

5、在每个仿真时间步内，由所述第一功耗函数驱动所述封装热网络，将所述n芯片的第一实时结温代入所述第一补偿模型并将所述p芯片的第二实时结温代入所述第二补偿模型，迭代仿真得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形。

6、结合第一方面，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述创建共封装器件中n芯片与p芯片的封装热网络，并以所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源，包括：

7、对共封装器件中n芯片与p芯片进行cauer型热阻与热容计算，得到所述n芯片的第一热阻网络与所述p芯片的第二热阻网络；

8、计算所述n芯片与所述p芯片的dbc铜层节点之间的横向热耦合热阻与横向热容，并将所述横向热耦合热阻与所述横向热容连接于所述第一热阻网络与所述第二热阻网络的dbc铜层节点之间，得到封装热网络；

9、分别对n管与p管进行建模，得到所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数，并将所述第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源。

10、结合第一方面，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述计算所述n芯片与所述p芯片的dbc铜层节点之间的横向热耦合热阻与横向热容，并将所述横向热耦合热阻与所述横向热容连接于所述第一热阻网络与所述第二热阻网络的dbc铜层节点之间，得到封装热网络，包括：

11、基于所述n芯片与所述p芯片计算横向热流有效传热宽度；

12、基于所述横向热流有效传热宽度计算所述n芯片与所述p芯片的dbc铜层节点之间的横向热耦合热阻与横向热容；

13、将所述横向热耦合热阻与所述横向热容连接于所述第一热阻网络的dbc铜层节点与所述第二热阻网络的dbc铜层节点之间，得到封装热网络。

14、结合第一方面，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述分别对n管与p管进行建模，得到所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数，并将所述第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源，包括：

15、在一个开关周期内，对n管进行瞬态功耗建模，得到n管的第一瞬态功耗；对n管进行稳态功耗建模，得到n管的第一稳态功耗；对p管进行瞬态功耗建模，得到p管的第二瞬态功耗；对p管进行稳态功耗建模，得到p管的第二稳态功耗；

16、根据所述n管的第一瞬态功耗、所述n管的第一稳态功耗、所述第二瞬态功耗及所述第二稳态功耗构建所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数，并将所述第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源。

17、结合第一方面，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述在一个开关周期内，对n管进行瞬态功耗建模，得到n管的第一瞬态功耗；对n管进行稳态功耗建模，得到n管的第一稳态功耗；对p管进行瞬态功耗建模，得到p管的第二瞬态功耗；对p管进行稳态功耗建模，得到p管的第二稳态功耗，包括：

18、在一个开关周期内，根据漏源电压从母线电压至n管导通压降的线性下降过程与漏极电流从零至负载电流的线性上升过程计算n管的第一瞬态功耗；

19、获取n管导通电阻，并将所述n管导通电阻与负载电流的平方相乘，得到n管的第一稳态功耗；

20、在一个开关周期内，根据p管漏源电压从母线电压至p管导通压降的线性下降过程与p管漏极电流从零至负载电流的线性上升过程计算p管的第二瞬态功耗；

21、获取p管导通电阻，并将所述p管导通电阻与负载电流的平方相乘，得到p管的第二稳态功耗。

22、结合第一方面，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述建立所述n芯片的第一补偿模型与所述p芯片的第二补偿模型，包括：

23、基于n沟道mosfet电子迁移率温度系数构建n管温度模型；基于p沟道mosfet空穴迁移率温度系数构建p管温度模型；

24、基于n芯片阈值电压的线性漂移斜率构建n管电压模型；基于p芯片阈值电压的线性斜率构建p管电压模型；

25、将所述n管温度模型与所述n管电压模型组合，得到所述n芯片的第一补偿模型；将所述p管温度模型与所述p管电压模型组合，得到所述p芯片的第二补偿模型。

26、结合第一方面，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述基于n芯片阈值电压的线性漂移斜率构建n管电压模型；基于p芯片阈值电压的线性斜率构建p管电压模型，包括：

27、基于n芯片阈值电压的线性漂移斜率拟合第一电压温度系数，并根据所述第一电压温度系数与n管阈值电压构建n管电压模型；

28、基于p芯片阈值电压的线性斜率拟合第二电压温度系数，并根据所述第二电压温度系数与p管阈值电压构建p管电压模型。

29、结合第一方面，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述在每个仿真时间步内，由所述第一功耗函数驱动所述封装热网络，将所述n芯片的第一实时结温代入所述第一补偿模型并将所述p芯片的第二实时结温代入所述第二补偿模型，迭代仿真得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形，包括：

30、在每个仿真时间步内，由所述第一功耗函数驱动所述封装热网络，求解所述n芯片的第一实时结温与所述p芯片的第二实时结温；

31、将所述n芯片的第一实时结温代入所述第一补偿模型并将所述p芯片的第二实时结温代入所述第二补偿模型，迭代仿真得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形。

32、结合第一方面，在本发明第一方面的第八种实现方式中，所述将所述n芯片的第一实时结温代入所述第一补偿模型并将所述p芯片的第二实时结温代入所述第二补偿模型，迭代仿真得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形，包括：

33、将所述第一实时结温代入所述第一补偿模型，计算第一导通电阻与第一阈值电压；将所述第二实时结温代入所述第二补偿模型，计算第二导通电阻与第二阈值电压；

34、将所述第一导通电阻、所述第一阈值电压、所述第二导通电阻及所述第二阈值电压反馈至所述第一功耗函数，生成第二功耗函数；

35、以所述第二功耗函数驱动所述封装热网络，在下一仿真时间步迭代仿真，循环执行直至仿真时长结束，得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形。

36、第二方面，本发明提供了一种互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计装置，所述互补型双芯片共封装功率mosfet的热电协同设计装置包括：

37、创建模块，用于创建共封装器件中n芯片与p芯片的封装热网络，并以所述n芯片与所述p芯片的第一功耗函数作为所述封装热网络的激励源；

38、补偿模型建立模块，用于建立所述n芯片的第一补偿模型与所述p芯片的第二补偿模型；

39、迭代仿真模块，用于在每个仿真时间步内，由所述第一功耗函数驱动所述封装热网络，将所述n芯片的第一实时结温代入所述第一补偿模型并将所述p芯片的第二实时结温代入所述第二补偿模型，迭代仿真得到所述n芯片的第一电流波形与所述p芯片的第二电流波形。

40、本发明提供的技术方案中，通过在n芯片与p芯片的dbc铜层节点之间显式引入横向热耦合热阻与横向热容，将两芯片之间的横向热传导路径纳入封装热网络，使仿真模型能够准确捕捉n管导通期间向p芯片传递的横向热积累效应及其随交替导通时序发生的周期性反转规律，解决了现有技术因忽略横向热耦合路径而导致的热串扰效应系统性缺失问题。以n管与p管交替导通的第一功耗函数替代现有技术的平均功耗激励，将开通过渡段的峰值功耗与稳态导通段的温度依赖功耗均纳入热网络激励源，使结温峰值计算与热串扰周期特征得以准确还原。基于n沟道与p沟道mosfet多数载流子迁移率温度系数的物理差异，对两芯片分别建立独立的导通电阻幂律温度补偿模型与阈值电压线性温度补偿模型，通过在每个仿真时间步内将结温实时反馈至器件参数更新，实现了电路求解与热网络求解的双向耦合迭代。

41、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

42、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。