CN108268687B - 一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法 - Google Patents
一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，它采用从物理版图中提取物理和几何参数并自动创建参数化变量和三维电磁场参数化仿真模型，并经过仿真优化后自动完善物理版图设计的完整方法，极大的简化了建模和仿真流程，提高了建模和仿真的速度，由此缩短了整个版图设计和仿真分析流程的时间。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于三维电磁场技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及三维电磁场技术领域，特别是关于一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法。
背景技术
随着集成电路设计技术和工艺水平的不断提高，其规模和复杂程度变得越来越大越高深，需要解决的问题的复杂程度以及与现实条件的近似程度都有了极大的增加，自然对高频电磁场仿真分析的要求也越来越高。随着问题复杂度和工艺难度的增加，用户所设计的物理版图尺寸越来越大，物理版图物理和几何对象也越来越密；另一方面，用户的物理版图所要达到的技术指标却越来越高，其仿真分析和优化的难度也越来越困难和耗时。
在仿真建模与分析过程中，用户往往需要把二维的物理版图转换为仿真分析所需要的三维电磁场仿真模型，包括复杂的三维几何建模与物理模型设置；建模完成后，在仿真分析和优化的过程中常常需要花费大量的时间来修改仿真分析模型中的几何参数和物理参数以试图得到最优的物理版图设计；在优化仿真结束后，又需要化精力根据优化参数来修改物理版图；如果需要重复上述过程来迭代仿真，这将大大延长整个集成电路的设计过程。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种针对上述问题，本发明旨在提供一种基于物理版图的三维电磁场参数化仿真模型生成方法，该物理版图包括系统互连、封装和芯片，该方法为采用各种电磁场求解算法来做后续的仿真优化分析提供了必要的物理和几何模型，为根据仿真优化的结果自动完善物理版图的提供了完整的方法，极大的简化了建模和仿真流程，提高了建模和仿真的速度，由此缩短了整个物理版图设计和仿真分析流程的时间。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，它包括以下步骤：1)在物理版图中，根据工艺特点和设计需求提取需要参数化的物理和几何参数，并针对需要参数化的物理和几何参数进行各自对应的取值；2)新建三维电磁场仿真模型，并在新建三维电磁场仿真模型中根据需要参数化的物理和几何参数及各自对应的取值创建参数化变量表；3)在新建三维电磁场仿真模型中，采用参数化变量表创建三维电磁场参数化仿真模型；4)在新建三维电磁场仿真模型中，针对三维电磁场参数化仿真模型中每一组参数化变量的取值状态创建一个参数扫描方案，并且设置三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法；5)在新建三维电磁场仿真模型中，采用优化方法针对三维电磁场仿真模型中的所有参数扫描方案进行优化仿真，得到每一个参数扫描方案对应的仿真结果，并从仿真结果中根据优化目标值确认最优参数扫描方案；6)在物理版图中，根据最优参数扫描方案中的参数化变量的值修改物理和几何参数，从而优化物理版图。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明采用从物理版图中提取物理和几何参数并自动创建参数化变量和三维电磁场参数化仿真模型，并经过仿真优化后自动完善物理版图设计的完整方法，极大的简化了建模和仿真流程，提高了建模和仿真的速度，由此缩短了整个版图设计和仿真分析流程的时间。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于电磁场技术领域。
附图说明
图1为本发明中基于物理版图的三维电磁场参数化模型生成方法流程示意图；
图2为本发明中材料的物理参数的选取方法示意图；
图3为本发明中物理版图的工艺结构层的几何参数的选取方法示意图；
图4为本发明中物理版图的逻辑设计对象的几何参数的选取方法示意图；
图5为本发明中根据特征及其取值创建相应的变量的方法示意图；
图6为本发明中创建参数化材料模型的方法示意图；
图7为本发明中创建参数化工艺结构层模型的方法示意图；
图8为本发明中创建参数化逻辑设计对象模型的方法示意图；
图9为本发明中创建参数化空气盒模型的方法示意图；
图10为本发明中设置仿真求解器频率参数化变量的方法示意图；
图11为本发明中设置仿真求解器频率变化范围的方法示意图；
图12为本发明中设置参数化变量扫描方案的方法示意图；
图13为本发明中提取参数化变量最优值的方法示意图；
图14为本发明中所生成的最优化三维电磁场仿真模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的物理版图设计包括如下领域的版图设计：
(1)针对集成电路模拟芯片的物理版图设计，包括射频RF(Radio Frequency，无线射频)芯片设计等。
(2)针对集成电路芯片封装的物理版图设计，包括SIP(System In Package，系统级封装)封装设计等。
(3)针对集成电路系统互联的物理版图设计，包括PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)互联设计等。
如图1所示，本发明一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，它包括以下步骤：
1)在物理版图中，根据工艺特点和设计需求提取需要参数化的物理和几何参数，并针对需要参数化的物理和几何参数进行各自对应的取值，上述需要参数化的物理和几何参数进行相应的取值根据使用人员的需要而定，选定方法为本领域技术人员的公知常识，故不再详述；
其中，在物理版图中，根据工艺特点和设计需求提取需要参数化的物理和几何参数包括以下内容：
11)如图2所示，选取物理版图中需要参数化的各种材料的物理参数，其中各种材料的物理参数包括相对磁导率，相对介电常数，电导率，介质损耗因数，磁损耗因数，热导率和各向异性特征等信息，并且根据用户的设计需要可以指定哪些信息不需要创建参数化变量。
12)如图3所示，选取物理版图中需要参数化的工艺结构层的几何参数，其中，工艺结构层的几何参数为物理版图工艺结构层中各层的高度和厚度等信息，并且可以根据用户的设计需要指定哪些信息不需要创建参数化变量。
13)如图4所示，选取物理版图中需要参数化的逻辑设计对象的几何参数，其中，逻辑设计对象的几何参数可以根据用户的设计需要，指定哪些信息不需要创建参数化变量。
具体的物理版图逻辑设计对象的几何参数包括：
131)信号、时钟，数据、地址和电源等各种连线和铜皮对象的长度和宽度信息；
132)电容、电感、电阻、巴伦和变压器等无源器件的几何参数，包括线的宽度信息，电感螺旋线的圈数等；
133)键合线、焊盘和过孔等多层连接对象的几何参数，该包括截面形状，长宽和半径大小等；
134)BGA(Ball Grid Array，焊球阵列封装)连接球等其它对象的几何尺寸参数，包括上下和中间平面的半径大小，高度等。
2)新建三维电磁场仿真模型，并在新建三维电磁场仿真模型中根据需要参数化的物理和几何参数及各自对应的取值创建参数化变量表；
21)如图5所示，针对不同的几何或者物理参数创建不同的参数化变量，上述创建过程为本领域技术人员常用的技术手段，故不再详述。
22)对于相同的几何或者物理参数，针对其不同的取值创建不同的参数化变量，上述创建过程为本领域技术人员常用的技术手段，故不再详述；
23)根据步骤21)和步骤22)中各自获取的参数化变量创建参数化变量表。
上述步骤21)和步骤22)中，根据所获得的参数化变量创建参数化变量表，上述创建参数化变量表的过程为本领域技术人员的常用技术手段，故不再详述。
3)在新建三维电磁场仿真模型中，采用参数化变量表创建三维电磁场参数化仿真模型；
其中，三维电磁场参数化仿真模型包括材料模型、工艺层模型、逻辑设计对象模型、空气盒模型、仿真频率和频率变化范围，具体包括以下内容：
31)如图6所示，针对物理版图的各种材料及其所包含的各项参数，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式创建该材料模型，创建参数表达式和材料模型为本领域技术人员公知的技术常识，故不再详述；如该相应的参数变量在参数表中不存在，则用其实际值来计算并创建材料模型；
32)如图7所示，针对物理版图的工艺结构层中所包含的层对象及其所包含的各项几何参数，高度和厚度信息，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建该工艺层模型；创建工艺层模型为本领域技术人员公知的技术常识，故不再详述；如该相应的参数变量在参数表中不存在，则用其实际值来计算并创建该层模型；
33)如图8所示，针对物理版图的逻辑设计对象及其所包含的各项几何参数，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建该逻辑设计对象模型，创建逻辑设计对象模型为本领域技术人员公知的技术常识，故不再详述；如该相应的参数变量在参数表中不存在，则用其实际值来计算并创建逻辑设计对象模型；
34)如图9所示，创建三维电磁场仿真模型的空气盒的大小参数化变量，并使用该变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建空气盒模型；
35)如图10所示，创建仿真求解器所需要的频率参数化变量，并使用该变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来设置仿真频率；
36)如图11所示，创建仿真求解器所需要的频率变化范围，该频率变化范围包括起始变量、终止变量和步进变量；
4)在新建三维电磁场仿真模型中，针对三维电磁场参数化仿真模型中每一组参数化变量的取值状态创建一个参数扫描方案，并且设置三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法；
41)如图12所示，为三维电磁场参数化仿真模型的参数化变量表中每一组参数化变量的取值状态创建一个参数扫描方案；上述参数扫描方案的设定是本领域技术人员常用的技术手段，故不再详述。
42)如图13所示，设置三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法；
其中，三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值是指三维电磁场仿真模型所描述的物理版图设计的逻辑模型所要达到的物理指标，比如在某个频段逻辑模型必须达到的电阻电感电容值等。优化方法是指参数扫描方案的优化控制算法，比如牛顿法等，都是公开的理论方法。上述三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法的设置是本领域常用的技术手段，故不再详述。
5)在新建三维电磁场仿真模型中，采用优化方法针对三维电磁场仿真模型中的所有参数扫描方案进行优化仿真，得到每一个参数扫描方案对应的仿真结果，并从仿真结果中根据优化目标值确认最优参数扫描方案；
51)在新建三维电磁场仿真模型中，采用优化方法针对三维电磁场仿真模型中的所有参数扫描方案进行优化仿真，得到每一个参数扫描方案对应的仿真结果；
52)根据优化目标值在所有参数扫描方案的仿真结果中确定最优参数扫描方案；上述根据仿真结果判断所有方案中的最优参数扫描方案为本领域技术人员公知的技术手段，故不再详述；
53)如图14所示，确认最优参数扫描方案中的参数化变量表中各个变量的值。
6)在物理版图中，根据最优参数扫描方案中的参数化变量的值修改物理和几何参数，从而优化物理版图。
61)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的各种材料的物理参数，其中各种材料的物理参数为步骤11)中的各种材料的物理参数，故不再一一列举；
62)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的工艺结构层的几何参数，包括物理版图工艺结构层中各层的高度和厚度等信息；
63)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的逻辑设计对象的几何参数，其中逻辑设计对象的几何参数为步骤13)中的逻辑设计对象的几何参数，故不再一一列举。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，它包括以下步骤：
1)在物理版图中，根据工艺特点和设计需求提取需要参数化的物理和几何参数，并针对需要参数化的物理和几何参数进行各自对应的取值；
11)选取物理版图中需要参数化的各种材料的物理参数；其中，各种材料的物理参数包括相对磁导率，相对介电常数，电导率，介质损耗因数，磁损耗因数，热导率和各向异性特征信息；
12)选取物理版图中需要参数化的工艺结构层的几何参数；其中，工艺结构层的几何参数为物理版图工艺结构层中各层的高度和厚度信息；
13)选取物理版图中需要参数化的逻辑设计对象的几何参数；
2)新建三维电磁场仿真模型，并在新建三维电磁场仿真模型中根据需要参数化的物理和几何参数及各自对应的取值创建参数化变量表；
3)在新建三维电磁场仿真模型中，采用参数化变量表创建三维电磁场参数化仿真模型；
4)在新建三维电磁场仿真模型中，针对三维电磁场参数化仿真模型中每一组参数化变量的取值状态创建一个参数扫描方案，并且设置三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法；
5)在新建三维电磁场仿真模型中，采用优化方法针对三维电磁场仿真模型中的所有参数扫描方案进行优化仿真，得到每一个参数扫描方案对应的仿真结果，并从仿真结果中根据优化目标值确认最优参数扫描方案；
6)在物理版图中，根据最优参数扫描方案中的参数化变量的值修改物理和几何参数，从而优化物理版图。
2.根据权利要求1所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤1)中，物理版图包括集成电路模拟芯片的物理版图、集成电路芯片封装的物理版图和集成电路系统互联的物理版图。
3.根据权利要求1所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述逻辑设计对象的几何参数包括：
131)信号、时钟，数据、地址和电源各种连线和铜皮对象的长度和宽度信息；
132)电容、电感、电阻、巴伦和变压器无源器件的几何参数，包括线的宽度信息，电感螺旋线的圈数；
133)键合线、焊盘和过孔多层连接对象的几何参数，该对象的几何参数包括截面形状，长宽和半径大小；
134)BGA连接球及其它对象的几何尺寸参数，包括上下和中间平面的半径大小，高度。
4.根据权利要求3所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤2)包括以下内容：
21)针对不同的几何或者物理参数创建不同的参数化变量；
22)对于相同的几何或者物理参数，针对其不同的取值创建不同的参数化变量；
23)根据步骤21)和步骤22)中各自获取的参数化变量创建参数化变量表。
5.根据权利要求4所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤3)中的三维电磁场参数化仿真模型包括材料模型、工艺层模型、逻辑设计对象模型、空气盒模型、仿真频率和频率变化范围，具体包括以下内容：
31)针对物理版图的各种材料及其所包含的各项参数，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式创建该材料模型；
32)针对物理版图的工艺结构层中所包含的层对象及其所包含的各项几何参数，高度和厚度信息，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建该工艺层模型；
33)针对物理版图的逻辑设计对象及其所包含的各项几何参数，根据所创建的三维电磁场仿真模型的参数表中参数化变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建该逻辑设计对象模型；
34)创建三维电磁场仿真模型的空气盒的大小参数化变量，并使用该变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来创建空气盒模型；
35)创建仿真求解器所需要的频率参数化变量，并使用该变量来创建参数表达式，并使用该参数表达式来设置仿真频率；
36)创建仿真求解器所需要的频率变化范围，该频率变化范围包括起始变量、终止变量和步进变量。
6.根据权利要求5所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤4)包括以下内容：
41)为三维电磁场参数化仿真模型的参数化变量表中每一组参数化变量的取值状态创建一个参数扫描方案；
42)设置三维电磁场参数化仿真模型的优化目标值和优化方法。
7.根据权利要求6所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤5)包括以下内容：
51)在新建三维电磁场仿真模型中，采用优化方法针对三维电磁场仿真模型中的所有参数扫描方案进行优化仿真，得到每一个参数扫描方案对应的仿真结果；
52)根据优化目标值在所有参数扫描方案的仿真结果中确定最优参数扫描方案；
53)确认最优参数扫描方案中的参数化变量表中各个变量的值。
8.根据权利要求7所述的一种三维电磁场参数化仿真模型的创建方法，其特征在于：所述步骤6)包括以下内容：
61)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的各种材料的物理参数；
62)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的工艺结构层的几何参数；
63)根据仿真最优参数扫描方案的变量取值，修改物理版图中的逻辑设计对象的几何参数。
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