发动机舱内有乾坤-Ansys.PDF

汽车 发动机舱 内有乾坤 新一代汽车的电子设备必须在发动机舱的高温环境中工作，同时还要确保性能与可靠性。随 着设备的功耗增加并且尺寸不断缩小，热设计的重要性日益凸显，而传统的热设计方法假设 整个集成电路（IC）处于恒定的温度下，这种观念自然而然地被迅速淘汰。NXP 工程师使用 ANSYS 工具计算整个器件的温度和电流密度，从而更加准确地预测局部结温并开展热感知型电 迁移（EM）分析。 作者 ：Jehoda Refaeli，美国奥斯汀 NXP Semiconductors 于发动机舱内的环境温度可能飙升至 135 摄氏度， 接失效和电路故障。使用高密度直流电的应用，比如集成电 汽车环境为电子组件设计人员带来了最为严峻的热 路，受电迁移的影响尤为明显。随着集成电路尺寸缩小，电 由 挑战之一。电子组件可能会接触到水和灰尘，因此 迁移的实际影响也相应增大。汽车集成电路对电迁移极为敏 外壳必须封闭，而且在大多数情况下由于可靠性问题而无法使 感，因为这种现象随温度增长而加剧，而发动机舱的高温环境 用冷却风扇，这些因素将会使热挑战变得更加严峻。NXP 设 与现代电子设备不断增加的热流会一同提高芯片温度。 计团队面临的挑战是确保器件的结温保持在安全级别 —— 一 过去 NXP 工程师使用设计规则来检查和纠正电迁移问 般是低于 150 摄氏度——同时还要防止因电迁移导致的故障 题。这种方法假定整个芯片处在最劣情况的一致温度下，虽然 （因导电电子和扩散的金属原子之间的动量传递导致的金属质 实际情况下，热点和较凉爽区域之间的温度差异巨大。随着 量传递）。随着时间推移，互联材料晶格的质量传递会造成连 NXP 增加器件的速度和功率，公司发现由于传统方法造成的 汽车环境为电子组件设计人员带来了最为严峻的热挑战之一。 © 2016 ANSYS, INC. ANSYS ADVANTAGE 2016年 | 第1期 | 第X卷 33 汽车 巨大误差，逐渐难以满足电迁移规范的 要求。采用 ANSYS RedHawk、ANSYS Totem 和 ANSYS Sentinel-TI，NXP 工 芯片热模型 程师第一次即可精确地判断单个互补金 属氧化物半导体（CMOS）器件的结温， 并根据实际温度计算电迁移。因此， 层厚度（单位μ.m） NXP 能够根据热梯度做出明智的设计决 策，从而在确保可靠性、加快产品上市 LAYER 10 METAL1 0.530000 VIA12 0.729000 METAL2 0.530000 VIA23 0.729000 METAL3 时间的前提下提高产品性能。 0.530000 VIA34 0.729000 METAL4 0.530000 VIA45 1.106750 METAL5 0.990000 TOP_LAYER 0.177500 汽车电子产品的热挑战 NXP 汽车器件由堆叠在片上系统 （SoC）上的存储器芯片构成 , 并通过铜 柱技术连接，适用于传动、安全、电机 和电池控制。这种类型的 3D IC 堆叠器 每层芯片都划分为微米级尺寸的多个元，以创建芯片热模型（CTM）。该芯片热模型包含硅芯片顶层的薄层组成的 多层结构和温度特征，模型精度为微米级。 件能够降低功耗并提高通信速度，但使 用传统方法无法分析芯片之间复杂的热 相互作用。例如在进行逻辑运算时，需