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Equations for fast and exact calculation of a simple model for heat transfer from a bond wire to a cylindrical finite mold package including nonideal heat transfer from wire to mold are presented. These allow for a characterization of an arbitrary mold/bond wire combination. The real mold geometry is approximated using the mold model cylinder radius and the thermal contact conductance of the mold/bond wire interface. For changes in bond and mold material, wire length, diameter, and current transient profiles, the resulting temperature transients can then be predicted. As the method is based on numerical integration of differential equations, arbitrary pulse shapes, which are industrially relevant, can be calculated. Very high thermal contact conductance values (above 40 000 W/m2K heat transfer) have been detected in real package/bond systems. The method was validated by successful comparison with finite element method simulations and alternative calculation methods and measurements.
Im Bereich integrierter Schaltungen (ICs) für die Fahrzeugelektronik ist in den letzten Jahren ein Trend zum Einsatz komplexer Mixed-Signal-Komponenten erkennbar. Dies führt dazu, dass ein altes Problem zunehmend in den Fokus der EDA-Entwickler rückt: Während der digitale Entwurfsfluss hoch automatisiert ist, findet der Entwurf analoger Komponenten überwiegend in einem manuellen, zeitaufwändigen und interaktiven Entwurfsstil statt. Die folgende Arbeit beschreibt ein Konzept, diesen Mangel mit Hilfe eines durchgängigen analogen Entwurfsflusses unter Verwendung so genannter Modul-Generatoren zu mildern. Der vorgestellte Ansatz zur Erzeugung von Schaltkreis-Automatismen berücksichtigt die implizite Nutzung von Erfahrungswissen des Designers, bietet eine volle Topologie-Flexibilität und steigert die Wiederverwendung („re-use“) gängiger Schaltungstopologien. Die erreichten Zwischenergebnisse lassen einen erheblichen Nutzen erkennen und zeigen das Potenzial sogenannter „Parametrisierter Schaltkreise“ auf, den Automatisierungsgrad des analogen Schaltungsentwurfs zu steigern.
Universelle OTA-Testbench
(2014)
Es wird eine universell einsetzbare Testbench zur Simulation von integrierten Schaltungen innerhalb der OTA-Schaltungsklasse (Operational Transconductance Amplifier; Transkonduktanzverstärker) vorgestellt. Transkonduktanzverstärker sind in der analogen Schaltungstechnik weit verbreitet und daher von großer Bedeutung. Sie treten sowohl als eigenständige Schaltungen innerhalb eines Chips, sowie als Bestandteil anderer Schaltungen (z.B. als erste und zweite Stufe von Operationsverstärkern) auf. Es kann davon ausgegangen werden, dass heute kaum ein analoger oder Mixed-Signal-Chip gefertigt wird, in dem keine Transkonduktanzverstärker verbaut sind. Die Entscheidungsfindung des Entwicklers bei der Auslegung eines OTAs beruht maßgeblich auf einer anwendungsspezifischen Simulation. Die Erstellung einer eigenen Testbench für jede Anwendung bedeutet allerdings einen hohen Zeitaufwand und erschwert den Vergleich der Simulationsergebnisse unterschiedlicher Schaltungsvarianten. Durch eine universelle Testbench kann zum einen der Zeitaufwand verringert werden, zum anderen können nun Simulationsergebnisse direkt miteinander verglichen werden. Hierdurch wird die Entscheidungsfindung des Entwicklers objektiviert und beschleunigt. Neben dem Vergleich unterschiedlicher Schaltungen innerhalb einer Technologie ist auch der Vergleich einer Schaltung in unterschiedlichen Technologien denkbar. Die Idee einer universell anwendbaren Testbench lässt sich auch auf andere analoge Schaltungsklassen anwenden und damit als Prinzip verallgemeinern.
Eine neue Methode zur Berechnung von Temperaturen in Bonddrähten umgeben von einem endlichen Mold wird vorgestellt. Sie ist schneller als die übliche Finite Elemente-Methode (FEM), während sie vergleichbare Resultate produziert. Für manche Parameter funktioniert unsere Methode, während die FEM-Methode versagt. Der Algorithmus ist im sogenannten Bondrechner implementiert, der eine leicht zu benutzende Oberfläche für Designer von mikroelektronischen Systemen bereitstellt. Seine Anwendung hat das Potential, die Zuverlässigkeit von Bonddrähten zu verbessern. Ein nichtidealer Parameter für den Wärmetransfer vom Bonddraht zum Mold-Package wurde ebenfalls berücksichtigt. Dieser Parameter ändert sich wahrscheinlich unter Alterseinflüssen und ist daher sehr wichtig für Zuverlässigkeits-Schätzungen. In unserer Methode wird die Wechselwirkung von Nachbardrähten ebenfalls berücksichtigt. Diese wird immer wichtiger, weil der Durchmesser und der wechselseitige Abstand der Bonddrähte sich verringert, wegen der fortschreitenden Miniaturisierung der Chip-Verpackungen. Unser Programm kann ebenfalls Temperaturen für transiente Ströme berechnen und den Strom berechnen, der zu einer gegebenen Maximaltemperatur gehört.
When a bonding wire becomes too hot, it fuses and fails. The ohmic heat that is generated in the wire can be partially dissipated to a mold package. For this cooling effect the thermal contact between wire and package is an important parameter. Because this parameter can degrade over lifetime, the fusing of a bonding wire can also occur as a long-term effect. Another important factor is the thermal power generated in the vicinity of the bond pads. Nowadays, the reliability of bond wires relies on robust dimensioning based on estimations. Smaller package sizes increase the need for better predictive methods.
The Bond Calculator, a new thermo-electrical simulation tool, is able to predict the temperature profiles along bond wires of arbitrary dimensions in dependence on the applied arbitrary transient current profile, the mold surrounding the wire, and the thermal contact between wire and mold.
In this paper we closely investigated the spatial temperature profiles along different bond wires in air in order to make a first step towards the experimental verification of the simulation model. We are using infrared microscopy in order to measure the thermal radiation generated along the bond wire. This is easier to perform quantitatively in air than in the mold package, because of the non-negligible absorbance of the mold material in the infrared wavelength region.
In practice, the use of layout PCells for analog IC design has not advanced beyond primitive devices and simple modules. This paper introduces a Constraint-Administered PCell-Applying Blocklevel Layout Engine (CAPABLE) which permits PCells to access their context, thus enabling a true "bottom-up" development of complex parameterized modules. These modules are integrated into the design flow with design constraints and applied by an execution cockpit via an automatically built layout script. The practical purpose of CAPABLE is to easily generate full-custom block layouts for given schematic circuits. Perspectively, our results inspire a whole new conception of PCells that can not only act (on demand), but also react (to environmental changes) and interact (with each other).
A generic, knowledge-based method for automatic topology selection of analog circuits in a predefined analog reuse library is presented in this paper on the OTA (Operational Transconductance Amplifier) example. Analog circuits of a given circuit class are classified in a topology tree, where each node represents a specific topology. Child nodes evolve from their parent nodes by an enhancement of the parent node’s topological structure. Topology selection is performed by a depth first-search in the topology tree starting at the root node, thus checking topologies of increasing complexity. The decisions at each node are based on solving equations or – if this is not possible – on simulations. The search ends at the first (and thus the simplest) topology which can meet the specification after an adequate circuit sizing. The advantages of the generic, tree based topology selection method presented in this paper are shown in comparison to a pool selection method and to heuristic approaches. The selection is based on an accomplished chip investigation.
Physical analog IC design has not been automated to the same degree as digital IC design. This shortfall is primarily rooted in the analog IC design problem itself, which is considerably more complex even for small problem sizes. Significant progress has been made in analog automation in several R&D target areas in recent years. Constraint engineering and generator-based module approaches are among the innovations that have emerged. Our paper will first present a brief review of the state of the art of analog layout automation. We will then introduce active and open research areas and present two visions – a “continuous layout design flow” and a “bottom-up meets top-down design flow” – which could significantly push analog design automation towards its goal of analog synthesis.
Lithographical hotspot (LH) detection using deep learning (DL) has received much attention in the recent years. It happens mainly due to the facts the DL approach leads to a better accuracy over the traditional, state-of-the-art programming approaches. The purpose of ths study is to compare existing data augmentation (DA) techniques for the integrated circuit (IC) mask data using DL methods. DA is a method which refers to the process of creating new samples similar to the training set, thereby helping to reduce the gap between classes as well as improving the performance of the DL system. Experimental results suggest that the DA methods increase overall DL models performance for the hotspot detection tasks.
Im Vergleich zum digitalen Layoutentwurf weist der analoge Layoutentwurf einen wesentlich geringeren Automatisierungsgrad auf. Dies gilt insbesondere für den Layoutentwurf von Hochfrequenzschaltungen, wo Einflüsse der lokalen Layoutumgebung besonders zu berücksichtigen sind. Bei dieser sog. Kontextabhängigkeit geraten sowohl Optimierungsalgorithmen als auch herkömmliche Generatoransätze schnell an Grenzen. In dieser Arbeit wird eine funktionale Erweiterung des bekannten Generatorprinzips eingesetzt, die es erlaubt, Informationen aus der Layoutumgebung der Instanz in die Layoutgenerierung einzubeziehen. Mit dieser sog. kontextbasierten PCell gelingt die Automatisierung konkreter, bisher nur manuell lösbarer Probleme des Layoutentwurfs von Hochfrequenzschaltungen. Die Arbeit zeigt das Potential kontextbasierter PCells für die weitere Steigerung des Automatisierungsgrades im analogen Layoutentwurf.
