一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法

摘要

本发明公开了一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法，根据芯片片内热源、热点及其温度场的温度梯度和等温度线，在某一条特殊的等温度线上布放多个温度敏感元件，测得多个温度实测值，并对这些温度实测值作数据处理，以提高芯片内置热敏元件组的测量精度和灵敏度。本发明利用集成电路芯片片内温度场中热点的最大梯度等温度线上均匀对称布放的所有热敏元件测量值之和的算术平均值与某一常数之和，作为去除偏差的数据处理方法，能够使所得的温度数值灵敏度最高和误差最小。

说明书

技术领域

    本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法。 

  

背景技术

集成电路芯片内晶体管数量遵从摩尔定律增加，其工作时钟频率也在快速提高，但其管芯面积却增加很慢。结果是芯片功耗密度急剧增加，芯片温度急剧升高，对芯片可靠性构成了极大威胁。为了提高集成电路芯片以及电子系统的可靠性，首要前提之一是提高芯片上温度测量的灵敏度和精度。 

现有芯片设计技术中一种实用做法是在热源四周大致均匀摆放四个热敏元件及在热源位置加放第五个热PN结，意在对多个热敏元件测量值进行综合误差处理后得到精确的核内热源温度值。 

芯片厚度和封装材料的不均质会造成芯片内的热传导不均匀，从而导致温度场不确定，包括实际形成的热点位置偏离热源位置。这样一来，前述的现有实际布放做法就无法获得最高的灵敏度。 

总之，现有布放方案没有很好考虑温度场的特点，因而其总测量灵敏度和精度均受到很大影响。 

  

发明内容

 本发明的目的在于提供了一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法，解决了现有技术中芯片温度的测量精度和灵敏度不高的问题。   

    本发明的一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法，具体的，是根据芯片片内热源、热点及其温度场的温度梯度和等温度线，在某一条特殊的等温度线上布放多个温度敏感元件，测得多个温度实测值，并对这些温度实测值作数据处理，以提高芯片内置热敏元件组的测量精度和灵敏度。 

    优选的，所述的等温度线为利用热仿真或热测试技术，找出的集成电路芯片内温度场中的两侧的温度变化（增大或减小）最迅速的那一条等温度线，即最大梯度等温度线；并在集成电路芯片片内温度场的最大梯度等温度线对应的封闭线上，均匀对称地布放4个以上的偶数个热敏元件；以集成电路芯片片内温度场中热点的最大梯度等温度线上均匀对称布放的所有热敏元件测量值之和的算术平均值与某一常数之和，作为去除偏差的数据处理方法。 

    与现有技术相比，本发明具有以下优点: 

 本发明的一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法，在考虑集成电路芯片片内温度场的一般规律和特点，利用集成电路芯片片内温度场中热点的最大梯度等温度线上均匀对称布放的所有热敏元件测量值之和的算术平均值与某一常数之和，作为去除偏差的数据处理方法，从而使所得的温度数值灵敏度最高和误差最小。

  

附图说明

    图1是本发明的基于实施例1的某款集成电路芯片一个实际热点附近的温度场情况示意图。 

图2是本发明的基于实施例1的热敏元件布放示意图。 

    图3是本发明的基于实施例1的热点相对于热源发生偏移的示意图。 

图中标号说明：1.热源，2.最大梯度等温度线。 

  

具体实施方式

  本发明的一种提高集成电路内置热敏元件测量精度和灵敏度的方法，根据集成电路芯片片内热源、热点及其温度场的温度梯度和等温度线，在某一条特殊的等温度线上布放多个温度敏感元件，测得多个温度实测值，并对这些温度实测值作数据处理，利用集成电路芯片片内温度场中热点的最大梯度等温度线上均匀对称布放的所有热敏元件测量值之和的算术平均值与某一常数之和，作为去除偏差的数据处理方法，能够使所得的温度数值灵敏度最高和误差最小。 

实施例1 

集成电路芯片内实际热传导运动形成的温度场，均具有距离热点较近的区域呈现均匀分布特点（即同心圆）、距离热点较远的区域呈现非均匀分布特点。换言之，即使实际非均匀热传导形成的实际温度场总体呈不规则形状，但在一定近距离内温度场较之远处的温度场仍比较接近同心圆形对称。结合图1的某款集成电路芯片一个实际热点附近的温度场情况，并根据其在某恒定负荷下的稳态温度场仿真结果，在某恒定负荷下稳态温度场实测结果等多种表现形式的片内温度分布可见，存在着一个接近于圆的封闭的等温度线，在这根等温度线内外的附近，温度场的梯度最大，而且温度的变化呈近似线性规律。本发明把这根线称作最大梯度等温度线。

结合图2所示，对任一款具体的集成电路芯片，通过有效的方法，比如热仿真或者热测试或者其它技术，找出该集成电路芯片内实际温度场的最大梯度等温度线2。如果由于仿真精度或者测试手段等技术原因，无法找出精确的“线”，而只能找出一个带（条、环）状区域，亦可以把它称作最大梯度等温度带，或者最大梯度等温度条，或者最大梯度等温度环。 

    在最大梯度等温度线2对应的封闭线上，均匀对称地布放4个以上的偶数个热敏元件。在芯片内预计的热源1处也布放一个热敏元件。 

通过有效的方法，经过实测预先测出最大梯度等温度线上某一热敏元件在不同测量值下与热源处热敏元件测量值的差值T_off，并保存下来，其值代表最大梯度等温度线处温度与热源处温度的差。显然，T_off是温度的函数，准确地应写为T_off(T)。 

由于温度场的中心对称性，热敏元件N₁, N₂, N₃, …, N_k所测温度偏差之和将与热敏元件N₁’, N₂’, N₃’, …, N_k’所测温度偏差之和相抵消。 

即使在实际的集成电路芯片中，热点相对于热源发生了微小的偏移（结合图3所示），对称布放在最大梯度等温度线上的偶数个热敏元件测得的实际温度值将保证两两成对相抵消。 

比如，当实际形成的热点偏离了理论预计的热源，因而实际温度场相对于理论预计的温度场也发生了偏离，如图3，则几乎每一个预先布放的热敏元件所测得的温度都会出现偏差，但是任两个成对对称布放的热敏元件的偏差之和是抵消的。如图3中的N_k和N_k’，在偏移情况下，设N_k有ΔT_k(≥0)的测量增量，则N_k有ΔT_k’(≤0)的测量增量，且必有两者代数和为零，即 。其它热敏元件对如N₁和N₁’、N₂和N₂’、N₃和N₃’，等等，都具有这种特点。 

求取按上述布放方法布放的热敏元件的温度测量值的总和，即。 

在发生热点和热源偏移的情况下，T_i包含没有发生偏移情况下的理想预期温度测量值T_i0和发生偏移情况下的温度偏离值ΔT_i。T_i’的情况是类似的。 

将所得测量值总和除以2k，即。 

然后将上式加上前述的T_off(T)，即，此式便是能够去除偏差的数学处理方法。 

    上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。