[发明专利]一种芯片及器件设计的联合仿真方法和系统

说明书

本发明提供了一种芯片及器件设计的联合仿真方法和系统，包括根据元胞参数和半导体层级设计图，建立多下级单位并联等效电路模型；根据多下级单位并联等效电路模型，进行半导体层级内下级单位并联的电压、电流、热和力的耦合仿真，得到半导体层级内电压、电流、热和力场分布；将耦合仿真得到的下级单位电流和电压输入电磁场仿真模块，进行仿真得到半导体层级内电磁场分布。与现有技术相比，涵盖从功率开关器件的半导体工艺设计和封装设计等环节领域，保证在硅设计的初期，就可以将功率半导体器件的电压、电流、热、电磁和力场等特征提取出来，建立芯片、器件联合仿真模型，反复优化各层级设计参数，实现芯片与器件整体性能最优，提高器件研发效率。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种芯片及器件设计的联合仿真方法和系统。

背景技术

柔性直流输电是智能电网技术发展的主要方向之一，未来柔性直流输电技术将向着多端化、网络化及更高电压更大容量方向发展，输送电压和功率将达到500kV/3000MW，迫切需要研制更高电压更大容量的柔性直流换流阀和高压直流断路器，其中柔性直流换流阀电流达到3000A，高压直流断路器要求分断电流达到18000A甚至更高。

装备技术发展的关键之一是电力电子器件，且不同装备对电力电子器件的需求呈差异化趋势发展，如柔性直流换流阀需要低通态压降的绝缘栅双极晶体管IGBT器件，以大幅降低换流阀的损耗；高压直流断路器需要高关断能力的IGBT器件，以提高断路器的电流分断水平。伴随不同类型柔性直流装备的出现，其对所用的器件出现了定制化需求，而现有的IGBT器件基本上均没有根据的不同种类柔性直流装备进行定制化开发，极大降低了装备的运行性能，因此需要紧密结合柔性直流换流阀的对于低通态损耗、直流断路器的高关断能力的技术需求分别开发低通态压降和高关断能力两种类型的IGBT器件，原有的器件和装置相对割裂的研究方法已不适用，需要开发出创新的研究方法实现从器件到装置的协同创新。

大功率IGBT器件研制涉及功率半导体物理、电路、电磁场、热、机械应力、材料等不同方向，传统相互割裂的仿真手段已不能满足未来更高电压、更大容量定制化器件研制需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种芯片及器件设计的联合仿真方法和系统。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种芯片及器件设计的联合仿真方法，其改进之处在于：

根据元胞参数和半导体层级设计图，建立多下级单位并联等效电路模型；

根据所述多下级单位并联等效电路模型，进行半导体层级内下级单位并联的电压、电流、热和力的耦合仿真，得到半导体层级内电压、电流、热和力场分布；

将耦合仿真得到的下级单位电流和电压输入电磁场仿真模块，进行仿真得到半导体层级内电磁场分布；

其中，所述元胞参数包括动静态特性和等效电容；所述半导体层级包括芯片和器件；当所述半导体层级为芯片时，所述下级单位为元胞；当所述半导体层级为器件时，所述下级单位为芯片。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述根据元胞参数和半导体层级设计图，建立多下级单位并联等效电路模型，包括：

基于半导体层级设计图和元胞工艺仿真模块得到元胞参数，并根据半导体层级通过电路仿真模块建立下级单位等效电路模型；

根据所述半导体层级设计图，通过杂散参数提取单元提取半导体层级内部寄生参数；

基于所述半导体层级内部寄生参数和下级单位等效电路模型，通过电路仿真模块建立多下级单位并联等效电路模型。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于半导体层级设计图和元胞工艺仿真模块得到元胞参数，并根据半导体层级通过电路仿真模块建立下级单位等效电路模型，包括：