效率是当今芯片设计的核心，尤其是电动汽车 (EV)、可再生能源、云计算和移动领域的应用。 不难看出为什么减少能量损失可以带来巨大的好处。 例如，在电动汽车中，我们可以体验到更短的充电时间、更快的加速、更长的续航里程等等，这些优势的根源在于高效的功率器件。
功率半导体器件是电源管理系统的主力。 它们通常用作开关和整流器，能够改变电压或频率。 由于它们设计为在开启状态下运行，因此目标是优化该模式下的使用。
除了效率之外，功率器件还为系统或集成电路 (IC) 提供稳压电源，确保更可靠的运行。 对更高效率和可靠性的追求催生了对更大设备的需求，从而增加了成本和上市时间。 这是功率器件设计人员转向碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 的原因之一； 这些材料的电阻率较低，可以在较小的封装中实现更高的效率。
设计功率半导体器件的最大挑战
毫不奇怪，效率既是功率器件最重要的指标，也是最大的挑战。 效率的驱动力主要通过器件的导通电阻来衡量。 除了效率之外，其他几个挑战也需要关注，包括：
• 电流密度：确保设计符合电迁移 (EM) 规则
• 器件打开/关闭延迟：确保整个设备在定义的时间窗口内打开
• 开关损耗
尽管设计尺寸不断增加，但主要目标是通过尽可能小的面积驱动最大电流。 这有可能导致电磁问题，使设计不可靠。 识别这些问题并在没有其他影响的情况下解决它们是功率器件设计的主要挑战之一。
因此，应对大型设计（尤其是 SiC 设计）的复杂性和尺寸已成为一个重要因素。 设计人员必须考虑这些设计的高开关频率特性及其尺寸。 这些设计的巨大尺寸意味着栅极信号（器件激活的触发器）可能需要更长的时间才能传播到整个结构。 这种延迟会导致器件的某部分先于其他部分激活，从而导致电流分布不均匀、电流密度更高以及潜在的可靠性问题。
随着我们深入研究更大、更高效的设计，开关损耗已成为效率损失的一个重要因素。 集成器件制造商可以改变和增强晶体管，从而比无晶圆厂公司更具灵活性，后者通常只能使用代工厂提供的晶体管。 由于这是一个瞬态问题，因此需要进行详细分析以了解开关切换的影响。了解变更的整体影响，尤其是大型器件固有的复杂路由至关重要，可视化和比较多个相似布局的影响的能力成为克服这些挑战的重要依靠。
新思的Power Device Workbench解决方案，可确保在不断发展的功率半导体实现最高效率和可靠性。
为什么选择Power Device Workbench？
Power Device Workbench (PDW) 是功率器件市场的领先工具。 PDW 已用于优化低至 4nm 的所有技术节点的设计，对于大型设计尤其有帮助。 一旦设计的初始布局可用，设计师就应用 PDW，无缝地伴随开发过程，直到设计完成核签。
当设计人员在寻找优化功率晶体管和电子器件的工具时，最重要的因素包括提高效率、快速比较不同设计和增强功能、审查不同布线方案、优化重新分布层 (RDL) 以及快速纠正电迁移 (EM) 违规的能力。
PDW 的核心能力在于其能够细致、快速地分析和模拟功率器件的复杂细节。 该工具专注于复杂金属互连内的电阻和电流。 通过采用高吞吐量仿真引擎，PDW 使工程师能够优化金属布局和键合线配置等关键设计参数，并分析完整的栅极网络（这在大型复杂设计中极其困难）。 从而使产品可以更快地投放市场。
PDW主要特性
Power Device Workbench 提供了一套关键功能，可提升其功能并与该领域的其他工具区分开来。
分析各种尺寸的设计：PDW 擅长处理各种尺寸的设计，超越了许多其他工具的限制。 其功能扩展到解决所有类型的布线复杂性，使设计人员能够全面了解导通电阻。 这种洞察成为有针对性的改进的基础，最终提高功率器件的整体效率。
全栅极网络处理：对于大型电路，PDW 通过无缝处理全栅极网络占据中心位置。 这对于确保整个设备在很短的时间内开启至关重要，这是满足可靠性目标的关键因素。 通过识别网络中需要增强的特定区域，PDW 可以帮助设计人员优化大型电路的可靠性。
封装处理：PDW 超越了芯片本身，包括了设计封装。 在高效率设计中，封装起着关键作用。 PDW 导航封装内的重新分布层，将其连接到具有更宽金属的芯片位置，并有助于提高效率。 此外，PDW 有助于在设计中优化传感器布局，通过热传感器和电流传感器定位确保功率器件的正确运行。
自动纠正电迁移违规：当设计内的电流密度超过可接受的限度时，PDW 会精确地查明发生情况并指定金属层和电流密度的实际值。 然后，它会自动重新布线设计，消除电磁问题并确保符合设计标准。
全面的设计优化：无论是改善导通电阻、优化栅极网络以实现及时激活、增强封装中的 RDL，还是探索设计领域以实现特定的电阻目标，PDW 都提供了优化功率器件的多方面方法。
自动比较设计差异：PDW 的一个突出特点是它能够自动比较设计差异。 当设计人员做出更改时，PDW 会迅速评估对每一层整体性能的影响。 这种能力对于理解局部修改的全局影响非常宝贵，使设计人员能够做出对整个设计产生积极影响的明智决策。
与 PrimeSIM 集成：由于开关损耗是瞬态效应，PDW 创建了 PrimeSIM 使用的分布式器件模型。 PDW可以在瞬态仿真过程中随时显示设计的电流和电压图。
最终，PDW 加速了优化过程，在很短的时间内提供高质量的结果。 PDW 不仅作为一种工具，而且作为创新的催化剂，为工程师提供了突破功率器件效率和可靠性界限的方法。 随着技术的不断发展，PDW 始终处于最前沿，确保功率器件不仅经过设计，而且经过优化，可实现最高效率和可靠性。
