本发明涉及封装电路可靠性与电路设计研究领域，更具体的说，是涉及一种射频芯片热特性分析方法。
背景技术：
1、近几十年来，为满足移动手机、无线网络、射频识别、精确制导、卫星定位系统、雷达和电子对抗等领域的发展需求，射频微波电路得到了快速发展，其中对具有小体积、低成本、高工作频率和高功率密度的射频芯片需求更为迫切。
2、然而，集成电路的发展历程始终符合摩尔定律，其设计理念倾向于更大的布线密度和更高的集成度。随着射频电路功率密度日益增大、芯片尺寸日益减小，这将导致其的热特性问题更加严重。其中，高温会使封装材料性能下降、降解加快，使电路发生老化、氧化、热扩散、电迁移、熔化、汽化等问题，进而引起欧姆接触电阻增加、接触不稳定等问题，芯片内部材料的老化也可能导致晶体管漏电、性能下降等严重后果。过高的结温还会使得芯片性能参数急剧降低、发生漂移或造成灾难性失效。而且，当温度梯度施加在芯片和基板上时，由于材料热膨胀系数不同，会造成热形变和热应力的产生，进而发生芯片分层和基板断裂等问题。因此，随着器件的等比例缩小以及电流密度和热损耗的不断增加，对射频芯片的热特性研究也十分重要。
3、目前，热特性问题引发的失效已经成为集成电路最重要、最致命的失效机制。此外，为了满足高性能的应用需求，ic在研发阶段就要完成多版本设计、人工调试、反复试验以及优化电路指标等工作，这造成较长的芯片设计制做周期和高昂的费用。如果能在射频芯片制作前对其电路进行热特性预测分析，就可以提高设计效率、保证设计预期，进而避免不必要的设计和制作损失。因此，对射频芯片的热特性研究具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
1、本发明为了研究射频芯片的热特性，提出一种射频芯片热特性分析方法，为射频芯片的热特性研究提供重要参考。
2、本发明解决上述热特性研究的技术方法和方案如下：一种射频芯片热特性分析方法，包括版图转换建模、边界条件设置、温度可靠性分析、热应力可靠性分析、热形变可靠分析、热特性评估和设计指导；
3、s1、所述版图转换建模结合ansys和hfss两种工具实现三维模型构建，首先，需要在hfss中导出后缀名为model的模型文件，值得注意的是，在导出model文件时，需要将芯片模型的不同实体分开依次导出，这样能够减小在有限元分析时的错误率，其次，需要将model文件转换成ansys能够识别的anf文件，随后，采用apdl命令流将anf模型文件进行导入，完成版图转换建模，在此过程中，为了防止不同实体的序号混乱，可以在导入模型命令前使用重新编号语句numstr将不同的实体标号区别开来，此外，根据芯片的工艺对三维模型设置材料属性，最后，基于芯片的结构特点和求解需求，对三维模型进行网格划分；
4、s2、所述边界条件设置是采用温度场和应力形变场的耦合进行初始条件的确定，首先，为模型所有节点设置一个初始温度，为外围空气设置一个恒定温度，其次，对模型设置热传导、热对流和热辐射三种散热途径，热传导由几何实体的材料属性决定，选定分析模块和材料属性后无需再设置，将热对流和热辐射添加在模型所有的外表面，此外，根据该射频芯片的热损耗公式计算出单位热生成率并在热源模型中添加，最后，在模型底部及四周施加全约束条件；
5、s3、所述温度可靠性分析采用apdl语句完成，首先，在热分析模块中导入有限元模型，根据射频芯片的工作状态，对实体设置一个初始温度，并将初始温度设置为变量，在芯片底面设置一个恒温边界，封箱的六个外表面设置热对流和热辐射等，其次，通过热损耗公式得到芯片的热生成率并作为载荷设置，再通过控制环境温度和热生成率变量按一定梯度在最大工作范围内上升，分别得到芯片不同条件下的温度分布，最终记录不同条件下芯片的最大最小温度值和位置；
6、s4、所述热应力可靠性分析是探究物体受到外部以及内部各实体间的约束时，物体不能够随着温度自由膨胀而形成力的大小和位置，在热应力分析时，首先，需要为热形变设置参考温度，并在模型的底部和周围设置位移约束，其次，在初始温度下将模型所有节点的x、y、z应力和位移设为0，最后，将热分析的温度结果导入热应力分析中，进而完成该模型的热应力计算，通过控制改变热分析中的环境温度和热生成率进行重复实验，得到芯片在不同条件下的热应力分布图，并记录不同温度和功率下模型的最大最小热应力值和位置；
7、s5、所述热形变可靠性分析是探究物体受到热作用时，由温度的上升下降造成的物体几何形状和尺寸的变化，首先，需要设置环境温度并为热形变设置参考温度，并在模型的底部和周围设置位移约束，其次，在初始温度下将模型所有节点的x、y、z应力和位移设为0，最后，将热分析的温度结果导入热形变分析中，进而完成该模型的热形变计算，通过控制改变热分析中的环境温度和热生成率进行重复实验，得到芯片在不同条件下的热形变分布图，并记录不同温度和功率下芯片的最大最小热形变值和位置；
8、s6、所述热特性评估和设计指导是根据得到的芯片温度、热应力和热形变分布云图，探究芯片结构中温度和热应力热形变容易聚集的位置以及该芯片对热特性的承受大小情况，此外，通过绘制不同环境温度和功率下温度、热应力和热形变的关系曲线，为芯片封装优化和可靠性设计提供了理论指导，对于优化布局、改善集成电路热特性具有重要意义。
9、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：本发明的核心结合ansys和hfss采用版图转换建模方法构建了一款射频芯片的三维模型。针对其封装密度高、厚度薄、热源多导致的热失效问题，这里基于热特性理论和有限元分析方法对其三维模型进行了热特性分析，探究了芯片在不同功率和环境温度下的温度、热形变、热应力变化规律。本发明能够有效地对射频芯片的温度、热应力和热形变分布进行预测分析，为芯片封装优化和可靠性设计提供了理论指导，对于优化布局、改善集成电路热特性具有重要意义。
1.一种射频芯片热特性分析方法，包括版图转换建模、边界条件设置、温度可靠性分析、热应力可靠性分析、热形变可靠分析、热特性评估和设计指导；
2.根据权利要求1所述的一种射频芯片热特性分析方法，其特征在于，在分析中得到温度、热应力、热形变对射频芯片可靠性的影响，以及不同环境温度和功率大小对芯片热特性的影响，结果可用于指导射频芯片设计和工作条件选择。
