P/G网的IR-drop压降和热可靠性分析

摘要

随着芯片设计进入超深亚微米和纳米技术领域，芯片的集成度越来越大，布线层数越来越多，P/G网的规模日益庞大复杂，P/G网上承载的电流也越来越大。这将使P/G网的信号完整性和热可靠性问题更加严重，越来越引起人们的关注。 本文将重点研究Mesh状P/G网的静态IR-drop压降和热可靠性，并用C语言编制可以快速求解P/G网节点电压和导线温度的源程序。在静态IR-drop压降的研究中，本文使用P/G网系数矩阵的自动生成和压缩存储技术来减小内存占用，提高求解速度，并分别使用CG，BCG和ICCG法求解节点电压，比较了三种方法的优劣。在热可靠性的研究中，本文研究了考虑温度因素的电迁移约束问题，得出最大电流密度由电迁移效应和自加热效应共同决定的结论，并深入研究了自加热效应引起的P/G网温度升高和分布情况。根据P/G网的结构特点，为P/G网构建了从保守到精确的热学模型，考虑了通孔散热以及相邻导线的热耦合。通过引入通孔调制因子归纳了通孔散热的作用，通过引入等效热传导系数包含了相邻导线热耦合的影响，简化了温度的求解。为了搜寻P/G网上存在的热点，提出了P/G网的温度求解策略。 经实验证明，该源程序能够快速精确地求解节点电压，并能够根据所选热学模型求解导线温度，所得结果较好地反映了P/G网的温度分布情况。所提出的温度求解策略缩短了热点的搜寻时间，为芯片设计节省了宝贵的时间。

目录

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第一章 绪论

1.1 P/G网的研究意义

1.2 P/G网研究的主要内容和困难

1.3本论文的主要工作

第二章 P/G网的信号完整性分析

2.1 P/G网的基本拓扑结构

2.2影响P/G网信号完整性的主要噪声源

2.3 P/G网的IR-drop分析

2.3.1 P/G网IR-drop分析的模型

2.3.2 P/G网模型的特点

2.3.3 P/G网IR-drop分析的步骤

2.4本章小结

第三章 P/G网节点电压的求解

3.1 P/G网的化简

3.2 P/G网系数矩阵的存储

3.3求解P/G网节点电压的方法

3.3.1最速下降法

3.3.2 CG法

3.3.3 ICCG法

3.3.4 BCG法

3.4本章小结

第四章 P/G网的热可靠性分析及温度求解

4.1电迁移效应和自加热效应

4.1.1电迁移效应

4.1.2自加热效应

4.2 P/G网的热学模型

4.2.1无限长孤立导线的热学模型

4.2.2通孔散热的影响

4.2.3相邻导线的热耦合

4.3温度求解策略

4.4本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1电压求解结果及分析

5.2温度求解结果及分析

5.3本章小结

结束语

致谢

参考文献

附录 电压和温度求解源程序