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2023年7月20日，第十七屆中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會半導(dǎo)體分立器件年會暨2023年中國半導(dǎo)體器件技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在杭州開幕，華大九天高級產(chǎn)品總監(jiān)劉曉明受邀出席，并發(fā)表題為《EDA助力分立器件設(shè)計(jì)-制造協(xié)同發(fā)展》的技術(shù)演講。

華大九天高級產(chǎn)品總監(jiān)劉曉明分立器件是半導(dǎo)體市場的重要組成部分，包括功率，信號處理，光電傳感等不同器件類型，在通訊，汽車，計(jì)算機(jī)，物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。分立器件廠商會從材料，結(jié)構(gòu)及工藝等環(huán)節(jié)優(yōu)化制造工藝，滿足多樣化的市場需求。但這些優(yōu)化的目標(biāo)，可歸納為更高的性能，更高的可靠性，更高的良率。EDA作為設(shè)計(jì)和制造的橋梁，將助力分立器件市場設(shè)計(jì)與制造的協(xié)同發(fā)展。劉曉明在分享中指出，從設(shè)計(jì)的角度看，分立器件面臨諸多挑戰(zhàn)。不同材料及結(jié)構(gòu)的器件，需要多樣化的模型支持，例如第三代半導(dǎo)體材料的高頻器件，需要更多的模型創(chuàng)新；分立器件版圖的圓弧等復(fù)雜圖形設(shè)計(jì)，也是傳統(tǒng) EDA工具難以繪制的，這也給EDA版圖工具提出了新的要求；當(dāng)器件設(shè)計(jì)出來后，功能滿足要求還不夠，尤其是車規(guī)和工控應(yīng)用領(lǐng)域，還有需要產(chǎn)品有更高的可靠性，這需要工具能夠精確及高效率的分析；當(dāng)完成分立器件設(shè)計(jì)，交付數(shù)據(jù)到晶圓制造時(shí)，如何在一個(gè)晶圓上，通過合理的排版產(chǎn)生更多的器件，直接影響器件的單位批次的產(chǎn)量，這也是設(shè)計(jì)者關(guān)心的問題。針對以上問題，華大九天從最初的器件設(shè)計(jì)到最后的量產(chǎn)提供了對應(yīng)的解決方案。器件模型提取方面，可通過參數(shù)化的test pattern設(shè)計(jì)，測試及建模，高效完成電學(xué)模型提取；器件可靠性方面，可通過量化分析的手段直觀的體現(xiàn)器件可靠性問題；在制造環(huán)節(jié)，通過專業(yè)化的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，保證圖紙能夠正確交付；在制造的掩膜板交付環(huán)節(jié)，通過圖層計(jì)算與最優(yōu)化排版提高生成效率及單位批次器件產(chǎn)量；最后，系統(tǒng)層面，可利用華大九天在模擬及射頻領(lǐng)域系統(tǒng)的仿真，實(shí)現(xiàn)器件與系統(tǒng)的協(xié)同仿真，并從系統(tǒng)的視角來去評判和指導(dǎo)分立器件設(shè)計(jì)及優(yōu)化。華大九天EDA工具在分立器件領(lǐng)域已經(jīng)做出諸多應(yīng)用和嘗試：首先，在器件模型提取領(lǐng)域，華大九天可提供一套完整的與模擬及射頻芯片相兼容的器件模型的提取與驗(yàn)證的流程。在這個(gè)流程中，可同時(shí)支持CMOS, BCD及各種第三代半導(dǎo)體材料器件的提取。在器件可靠性方面，工具可基于老化及寬溫等測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型的擴(kuò)展，并結(jié)合各類器件模型，高效地完成數(shù)據(jù)擬合與優(yōu)化。從應(yīng)用角度看，器件最終是要工作在不同的環(huán)境中，以車規(guī)芯片為例，其需要支持——55度及125度的環(huán)境。例如在中國黑龍江“中國寒極”的極低溫度下，器件是什么樣的特性，需要我們從器件的角度來先做量化分析。總之，這套工具可結(jié)合不同材料，器件結(jié)構(gòu)，寬溫，高壓，老化等數(shù)據(jù)，完成全面的模型提取與驗(yàn)證。為了幫助器件設(shè)計(jì)者高效地獲取精確的電學(xué)模型，華大九天基于參數(shù)化單元技術(shù)，還可提供自動(dòng)化的test pattern生成方案，并結(jié)合設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)務(wù)，為設(shè)計(jì)者提供一站式模型提取與驗(yàn)證解決方案。分立器件最終需要與其它器件構(gòu)成電路系統(tǒng)，為了適應(yīng)未來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，華大九天基于融合的思想，提出了構(gòu)建統(tǒng)一的“泛模擬應(yīng)用全定制大平臺”概念。在這個(gè)大平臺上，工具基于統(tǒng)一且開放的數(shù)據(jù)庫，針對模擬、射頻、分立器件、存儲、光電等不同領(lǐng)域的工藝要求，提供統(tǒng)一且兼容的PDK，并針對不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，開發(fā)對應(yīng)的功能及模塊。因?yàn)椋@些應(yīng)用的底層數(shù)據(jù)是相通的，所以工具可以把分立器件和與其匹配的模擬電路，射頻電路等做綜合分析，并從系統(tǒng)的角度來做一個(gè)分立器件性能的評判。在上述全定制設(shè)計(jì)大平臺上，版圖工具可支持各種復(fù)雜的版圖規(guī)則功能，也可通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)完成曲線及圓弧的繪制。在具體的操作方法層面，也有很多好用的小功能。比如，高壓器件需要有保護(hù)環(huán)，而保護(hù)環(huán)不能是矩形，應(yīng)該設(shè)計(jì)成圓角，華大九天的版圖工具可自動(dòng)完成矩形保護(hù)環(huán)到圓角保護(hù)環(huán)的轉(zhuǎn)換。此外，版圖工具還可利用圖層邏輯運(yùn)算批量化產(chǎn)生圖形。光電器件為了傳輸光信號，需要利用圓弧的光波導(dǎo)做器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，版圖工具可引用Python函數(shù)，完成精細(xì)的圓弧類器件設(shè)計(jì)。

在可靠性分析方面，華大九天可對功率型分立器件的電源走線做精準(zhǔn)的量化分析。不同于傳統(tǒng)的利用矩形網(wǎng)格及方塊電阻計(jì)算金屬線網(wǎng)的方法，華大九天的Empyrean Polas利用高精度自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，精確還原電源網(wǎng)絡(luò)電阻分布，然后基于電源網(wǎng)絡(luò)做量化的可靠性分析。例如，當(dāng)信號從pad傳遞到多個(gè)并聯(lián)的器件時(shí)候，工具可以計(jì)算各個(gè)器件導(dǎo)通的延時(shí)分布。對于垂直結(jié)構(gòu)的器件，工具可結(jié)合晶圓制造工藝上的每一個(gè)圖層及其立體結(jié)構(gòu)做這種精確的的電阻提取，如果分立器件通過金屬引線連接PCB，工具也可計(jì)算引線的電阻。利用精準(zhǔn)的電源網(wǎng)絡(luò)及器件內(nèi)部圖層通路電阻，工具可對分立器件做完整的導(dǎo)通電阻計(jì)算，并通過電壓降及電流密度分析，指導(dǎo)器件版圖的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

版圖設(shè)計(jì)及分析后，還需要進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。在傳統(tǒng)的CMOS芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，各家Foundry會提供標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)則，但在分立器件領(lǐng)域，器件廠商會根據(jù)不同的市場需要來定制工藝，設(shè)計(jì)規(guī)則也會挑戰(zhàn)，這也給設(shè)計(jì)者帶來了難題。華大九天的工具可提供界面化的設(shè)計(jì)規(guī)則平臺，幫助設(shè)計(jì)者條理清晰的書寫設(shè)計(jì)規(guī)則。完成設(shè)計(jì)規(guī)則書寫后，工具可自動(dòng)生成測試圖形驗(yàn)證設(shè)計(jì)規(guī)則的正確性。在版圖驗(yàn)證環(huán)節(jié)，工具通過引擎上的算法優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)圓弧圖形的高效檢查，降低偽錯(cuò)數(shù)量。在報(bào)告查看時(shí)，工具可將錯(cuò)誤結(jié)果生成網(wǎng)頁格式的報(bào)告，便于多個(gè)團(tuán)隊(duì)間的數(shù)據(jù)傳遞和交流。在版圖改版時(shí)，工具可通過雙窗口實(shí)現(xiàn)版本間差異的直觀比較。當(dāng)設(shè)計(jì)版圖交付生產(chǎn)時(shí)，需要做生成制造的掩膜板。華大九天的工具可利用圖形計(jì)算技術(shù)，逐層產(chǎn)生掩膜版圖層數(shù)據(jù)。當(dāng)器件在原型的晶圓上排版時(shí)，設(shè)計(jì)者會面臨如何排版的問題，器件陣列向各個(gè)方向移動(dòng)一點(diǎn)，都會有新的器件進(jìn)入或超出邊界，這是一個(gè)最優(yōu)化排版問題。EDA工具，可以通過最優(yōu)化算法計(jì)算，完成最優(yōu)排版，在一次生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生更多的分立器件。

在泛模擬芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，華大九天可提供SPICE模擬電路仿真器，也可提供射頻電路的仿真器。利用全定制大平臺以及仿真器，工具可將分立器件，模擬電路、射頻電路，以及光電電路在一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)做仿真分析，并從系統(tǒng)指標(biāo)層面上，實(shí)現(xiàn)對分立器件設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。

目前，分立器件行業(yè)更多的沿用CMOS電路設(shè)計(jì)EDA工具。隨著市場需求的多樣化，其設(shè)計(jì)方法也需要進(jìn)一步的創(chuàng)新。CMOS電路設(shè)計(jì)在從自動(dòng)化走向智能化，分立器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也可利用AI技術(shù)做進(jìn)一步的探索，比如模型提取，版圖自動(dòng)生成，可靠性分析等。華大九天也會做更多嘗試，助力分立器件設(shè)計(jì)與制造協(xié)同發(fā)展。

北京華大九天科技股份有限公司（簡稱“華大九天”）成立于2009年，一直聚焦于EDA工具的開發(fā)、銷售及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)，致力于成為全流程、全領(lǐng)域、全球領(lǐng)先的EDA提供商。

華大九天主要產(chǎn)品包括模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計(jì) EDA 工具、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具、平板顯示電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、晶圓制造EDA工具和先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)EDA工具等軟件，并圍繞相關(guān)領(lǐng)域提供技術(shù)開發(fā)服務(wù)。產(chǎn)品和服務(wù)主要應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)、制造及封裝領(lǐng)域。

華大九天總部位于北京，在南京、上海、成都和深圳設(shè)有全資子公司。

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