功率半導體器件是電源管理系統(tǒng)的主力。 它們通常用作開關和整流器，能夠改變電壓或頻率。 由于它們設計為在開啟狀態(tài)下運行，因此目標是優(yōu)化該模式下的使用。

　　除了效率之外，功率器件還為系統(tǒng)或集成電路 (IC) 提供穩(wěn)壓電源，確保更可靠的運行。 對更高效率和可靠性的追求催生了對更大設備的需求，從而增加了成本和上市時間。 這是功率器件設計人員轉向碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 的原因之一; 這些材料的電阻率較低，可以在較小的封裝中實現更高的效率。

　　設計功率半導體器件的最大挑戰(zhàn)

　　毫不奇怪，效率既是功率器件最重要的指標，也是最大的挑戰(zhàn)。 效率的驅動力主要通過器件的導通電阻來衡量。 除了效率之外，其他幾個挑戰(zhàn)也需要關注，包括：

　　? 電流密度：確保設計符合電遷移 (EM) 規(guī)則

　　? 器件打開/關閉延遲：確保整個設備在定義的時間窗口內打開

　　? 開關損耗

　　盡管設計尺寸不斷增加，但主要目標是通過盡可能小的面積驅動最大電流。 這有可能導致電磁問題，使設計不可靠。 識別這些問題并在沒有其他影響的情況下解決它們是功率器件設計的主要挑戰(zhàn)之一。

　　因此，應對大型設計(尤其是 SiC 設計)的復雜性和尺寸已成為一個重要因素。 設計人員必須考慮這些設計的高開關頻率特性及其尺寸。 這些設計的巨大尺寸意味著柵極信號(器件激活的觸發(fā)器)可能需要更長的時間才能傳播到整個結構。 這種延遲會導致器件的某部分先于其他部分激活，從而導致電流分布不均勻、電流密度更高以及潛在的可靠性問題。

　　隨著我們深入研究更大、更高效的設計，開關損耗已成為效率損失的一個重要因素。 集成器件制造商可以改變和增強晶體管，從而比無晶圓廠公司更具靈活性，后者通常只能使用代工廠提供的晶體管。 由于這是一個瞬態(tài)問題，因此需要進行詳細分析以了解開關切換的影響。了解變更的整體影響，尤其是大型器件固有的復雜路由至關重要，可視化和比較多個相似布局的影響的能力成為克服這些挑戰(zhàn)的重要依靠。

　　新思的Power Device Workbench解決方案，可確保在不斷發(fā)展的功率半導體實現最高效率和可靠性。

　　為什么選擇Power Device Workbench?

　　Power Device Workbench (PDW) 是功率器件市場的領先工具。 PDW 已用于優(yōu)化低至 4nm 的所有技術節(jié)點的設計，對于大型設計尤其有幫助。 一旦設計的初始布局可用，設計師就應用 PDW，無縫地伴隨開發(fā)過程，直到設計完成核簽。

　　當設計人員在尋找優(yōu)化功率晶體管和電子器件的工具時，最重要的因素包括提高效率、快速比較不同設計和增強功能、審查不同布線方案、優(yōu)化重新分布層 (RDL) 以及快速糾正電遷移 (EM) 違規(guī)的能力。

　　PDW 的核心能力在于其能夠細致、快速地分析和模擬功率器件的復雜細節(jié)。 該工具專注于復雜金屬互連內的電阻和電流。 通過采用高吞吐量仿真引擎，PDW 使工程師能夠優(yōu)化金屬布局和鍵合線配置等關鍵設計參數，并分析完整的柵極網絡(這在大型復雜設計中極其困難)。 從而使產品可以更快地投放市場。

　　PDW主要特性

　　Power Device Workbench 提供了一套關鍵功能，可提升其功能并與該領域的其他工具區(qū)分開來。

　　分析各種尺寸的設計：PDW 擅長處理各種尺寸的設計，超越了許多其他工具的限制。 其功能擴展到解決所有類型的布線復雜性，使設計人員能夠全面了解導通電阻。 這種洞察成為有針對性的改進的基礎，最終提高功率器件的整體效率。

　　全柵極網絡處理：對于大型電路，PDW 通過無縫處理全柵極網絡占據中心位置。 這對于確保整個設備在很短的時間內開啟至關重要，這是滿足可靠性目標的關鍵因素。 通過識別網絡中需要增強的特定區(qū)域，PDW 可以幫助設計人員優(yōu)化大型電路的可靠性。

　　封裝處理：PDW 超越了芯片本身，包括了設計封裝。 在高效率設計中，封裝起著關鍵作用。 PDW 導航封裝內的重新分布層，將其連接到具有更寬金屬的芯片位置，并有助于提高效率。 此外，PDW 有助于在設計中優(yōu)化傳感器布局，通過熱傳感器和電流傳感器定位確保功率器件的正確運行。

　　自動糾正電遷移違規(guī)：當設計內的電流密度超過可接受的限度時，PDW 會精確地查明發(fā)生情況并指定金屬層和電流密度的實際值。 然后，它會自動重新布線設計，消除電磁問題并確保符合設計標準。

　　全面的設計優(yōu)化：無論是改善導通電阻、優(yōu)化柵極網絡以實現及時激活、增強封裝中的 RDL，還是探索設計領域以實現特定的電阻目標，PDW 都提供了優(yōu)化功率器件的多方面方法。

　　自動比較設計差異：PDW 的一個突出特點是它能夠自動比較設計差異。 當設計人員做出更改時，PDW 會迅速評估對每一層整體性能的影響。 這種能力對于理解局部修改的全局影響非常寶貴，使設計人員能夠做出對整個設計產生積極影響的明智決策。

　　與 PrimeSIM 集成：由于開關損耗是瞬態(tài)效應，PDW 創(chuàng)建了 PrimeSIM 使用的分布式器件模型。 PDW可以在瞬態(tài)仿真過程中隨時顯示設計的電流和電壓圖。

　　最終，PDW 加速了優(yōu)化過程，在很短的時間內提供高質量的結果。 PDW 不僅作為一種工具，而且作為創(chuàng)新的催化劑，為工程師提供了突破功率器件效率和可靠性界限的方法。 隨著技術的不斷發(fā)展，PDW 始終處于最前沿，確保功率器件不僅經過設計，而且經過優(yōu)化，可實現最高效率和可靠性。