一种具有高稳定性的仿生集成电路制造技术

本发明专利技术属于电子信息技术领域，提供一种具有高稳定性的仿生集成电路，该仿生集成电路分支后线路的宽度之和等于分支前主干线的宽度。本发明专利技术通过仿生设计减少了电路内局部过热区与热应力的产生，从而使得复杂连线之间达到温度均匀。本发明专利技术结构简单，有效可行，适用于工业化生产，对防止集成电路中由于复杂走线所导致温度分布不均问题有着重要意义。

A bionic integrated circuit with high stability

【技术实现步骤摘要】
一种具有高稳定性的仿生集成电路
本专利技术属于电子信息
，具体涉及一种具有高稳定性的仿生集成电路。
技术介绍
集成电路是现代信息社会的基石，在各行各业中发挥着非常重要的作用；随着半导体技术的飞速发展，微电子器件朝着体积微小化、高互连密度方向发展，内部器件间的互连线越来越复杂，但热效应问题却越发突出，直接导致了元件性能恶化甚至失效。生物在漫长的年代里为生存的长期进化中，体内的能量转换、信息的接受和传递都获得了极其精确和完善的机制，一些具有网状等级结构的动植物，会在物质的输运过程中保证能耗最小，运输效率最高。目前这类网状等级结构的流体运输已经在微机电系统，微流体设计，电化学等领域有着广泛应用。从微观角度看：流体输运是由分子热运动和分子间碰撞共同决定，而电荷输运过程主要由电荷在外电场力下的加速运动和电子-晶格相互作用产生，因此电荷的微观输运和流体输运在微观本质上是具有共性的。对于动植物的动植物体内物质的流体输运，当一种流体从一个大直径管道流进一个直径较小的管道时，该流体的速度增加会对管道壁的压力增加，但生命体无法承受这种压力，因此长期进化中动植物对于体内的物质输运都有特定的网状等级结构；对于一个固体导电分支系统，当电荷从较粗的干路流入较细的支路时，由于单位长度电阻的增加与散热面积的减小会引起温度过度上升，引起局部过热区与热应力的产生，因此为了保证电荷输运在过程中的稳定与高效，那么导线之间的分布必然也是有着特定结构的。目前，解决集成电路结构中热量分布不均等问题受到了科研人员的广泛关注。中国专利CN106133728A中揭示了涉及实现半导体设备冷却系统的各实施例，该系统利用对区域电压的知晓和温度可靠性风险考虑。中国专利CN105760624A中涉及一种支持大规模三维集成电路的热仿真和热设计方法，通过有限元仿真对三维集成电路进行热评估。中国专利CN105787152A中提供一种有效的集成电路热模拟装置及方法，热模拟装置包含热分析单元和网格数量分析单元。中国专利CN106886621A中公布一种基于聚合降阶的集成电路热分析方法，通过有限差分等方法构造热分析系统；将热阻矩阵表示为无向图形式；对热阻矩阵的无向图进行谱分析，获得节点的划分；根据子集划分，将同一集合中的节点进行粗粒化，得到降阶系。从目前的研究来看，现解决集成电路中的温度分布不均等问题的方法有：通过软件进行模拟计算，对集成电路进行热评估；借助外部条件对局部区域进行冷却。然而这两种方法都有不足，如：直接从理论分析并没有给出实际过程中的情况，而采用外界条件局部冷却事实上要考虑的因素太多；更重要的是由于集成电路集成度越来越高，内部器件间的互连线越来越复杂，走线产生的热量所导致的温度分布不均并没有引起其他科研人员的关注。因此寻找一种简单、有效可行的方法来解决集成电路中由于复杂走线所导致的温度分布不均问题具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对目前集成电路内部器件间的互连线越来越复杂所导致的温度分布不均，提供一种具有高稳定性的仿生集成电路，优化集成电路的稳定性。本专利技术的专利技术目的是通过以下技术方案实现的。一种具有高稳定性的仿生集成电路，分支后线路的宽度之和等于分支前主干线的宽度。在上述技术方案中，分支和主干线路所采用的导线材料一致，材料可为Cu、Ag、Al、n型Si或p型Si中的一种。在上述技术方案中，分支后线路和主干线路的厚度一致。在上述技术方案中，分支后线路数至少为2条。在上述技术方案中，所述集成电路基体材料为本征Si、纸基板、玻璃布基板或合成纤维板中一种。在上述技术方案中，所述集成电路的金属电极与集成电路内部走线为欧姆接触。本专利技术具有高稳定性的仿生集成电路，通过仿生设计减少了电路内局部过热区与热应力的产生，从而使得复杂连线之间达到温度均匀。本专利技术结构简单，有效可行，适用于工业化生产，对防止集成电路中由于复杂走线所导致温度分布不均问题有着重要意义。附图说明图1是本专利技术仿生集成电路的示意图。图2是集成电路中某一段走线分支结构模型图。图3中：(a)偏压0.1V时稳态下电路板的温度分布；(b)偏压0.3时稳态下电路板的温度分布；(c)偏压0.7时稳态下电路板的温度分布；(d)偏压1V时稳态下电路板的温度分布。图4中：(a)偏压0.1V时稳态下电路板的温度分布；(b)偏压0.3时稳态下电路板的温度分布；(c)偏压0.7时稳态下电路板的温度分布；(d)偏压1V时稳态下电路板的温度分布。图5中：(a)符合网状分支结构的电路；(b)恒流3.1A下的稳态时电路的温度场；(c)不符合网状分支结构的电路；(d)恒流3.1A稳态下电路板的温度场。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例提供一种具有高稳定性的仿生集成电路，其分支后线路的宽度之和等于分支前主干线的宽度。在上述实施例中，分支和主干线路所采用的导线材料一致，材料可为Cu、Ag、Al、n型Si或p型Si中的一种。在上述实施例中，分支后线路和主干线路的厚度一致。在上述实施例中，分支后线路数至少为2条。在上述实施例中，所述集成电路基体材料为本征Si、纸基板、玻璃布基板或合成纤维板中一种。在上述实施例中，所述集成电路的金属电极与集成电路内部走线为欧姆接触。上述实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。下面对本专利技术进行进一步的详细说明。1.从集成电路总体的热稳定性考虑，电流的输运过程不可避免地引起热量的产生，如果由于结构不合理导致局部温度升高，有可能使系统在输运过程极为不稳定，会引起热应力与过热区，因此优先保持导线温度整体相同十分必要，这与流体输运过程中要考虑流体对管壁的压力十分类似。为了减少了电路内局部过热区与热应力的产生，使得复杂连线之间达到温度均匀，则单位时间长度的发热量W与单位长度的散热面积A之比保持不变。对于如图2的集成电路某一段分支结构，干路电流为i0，宽度d0，厚度h；支路电流分别为i1、i2，宽度分别为d1、d2，厚度h。对于干路对于支路可以导出若分支支流大致相等I＝i1+i2＝nid0＝d1+d2当分支走线数量为n，同理可以推导出这意味着分流之后走线宽度之和应该等于分支前走线宽度。当网状等级结构电路中干路与支路的宽度满足这一条件时，电路各部分的温度保持一致，避免了在电路内部形成过热区致使温度分布不均的问题，因此本专利技术所提供的仿生电路具有高稳定性。2.数值仿真是探讨材料参数、结构设计和工作方式等对电热输运整体性能影响的重要手段。建立有效的数值模型和使用的有限元仿真软件对构建的集成电路物理模型进行分析验证和优化设计，可以快速确定网状分支结构下集成电路的温度场分布及其变化规律。本例首先构建符合本专利技术仿生设计的集成电路走线结构，对于电路在稳态下服从J＝σE对于固体内的热传导过程对于固体与空气之间设置为对流换热q＝hA(T∞-T)其次选择集成电路导线Cu与基体Si材料，输入有关参数：电路的电导率σ＝5.9×107(Ω·m)-1，电路热导率k＝400W/(m·K)，基体的热导率k＝130W/(m·K)，环境换热系数h＝3W/(m2·K)，环境温度T＝293K。施加激励源0.1V，0.3V，0.7V，1V进行有限元仿真，最后得到电路温度分布等可视化图形。从数值模拟的结果可以看出，如图3a、3b、3c、3d，对集成电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高稳定性的仿生集成电路，其特征在于：分支后线路的宽度之和等于分支前主干线的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种具有高稳定性的仿生集成电路，其特征在于：分支后线路的宽度之和等于分支前主干线的宽度。2.根据权利要求1所述的具有高稳定性的仿生集成电路，其特征在于：分支和主干线路所采用的导线材料一致，材料为Cu、Ag、Al、n型Si或p型Si中的一种。3.根据权利要求1所述的具有高稳定性的仿生集成电路，其特征在于：分支后线路和主干线路的厚度一致...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志刚，何斌，何雄，杨振，刘国强，张孔斌，赵文俞，王嘉赋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42