效率是當（dāng）今芯片設計的（de）核心，尤其是電動（dòng）汽車 (EV)、可（kě）再生能（néng）源、雲計算和移動領域的應用。 不難看出為什（shí）麽減少能量（liàng）損失可以（yǐ）帶來巨大的好處。 例如，在電（diàn）動汽車中，我們可以（yǐ）體驗到更短的充電時（shí）間、更快的加速、更長的續（xù）航裏程等等，這些優勢的根源在於高效的功（gōng）率器件。
功率半導體器件是電（diàn）源管理係統的（de）主力。 它們通常用作開關和整流器，能夠（gòu）改變電壓或頻（pín）率。 由於它們設計為在（zài）開啟狀態下運行，因此目（mù）標是優化該（gāi）模式（shì）下的使（shǐ）用。
除了效率（lǜ）之外，功率器件還為係統或集成電路 (IC) 提供穩壓電源，確保更（gèng）可靠的運行（háng）。 對更（gèng）高效（xiào）率和可靠性的追求催生了對更大設備（bèi）的需求，從（cóng）而增加了成本和上市時間。 這是功率器件設計（jì）人員轉（zhuǎn）向碳化矽 (SiC) 和（hé）氮化镓 (GaN) 的原因（yīn）之一； 這些材料的電阻率較低，可（kě）以在較小的封（fēng）裝中實（shí）現更高的效率。
設計（jì）功（gōng）率半導體器件的最大挑戰
毫不奇怪，效率既是功率（lǜ）器件最重要的指標，也是最大的挑（tiāo）戰（zhàn）。 效（xiào）率的驅動力主（zhǔ）要通過器件的導（dǎo）通電阻來衡量。 除了效率之（zhī）外，其他幾個挑戰也（yě）需要關注，包括：
• 電流密度：確保設計符合電遷移 (EM) 規則
• 器件打開/關閉延遲：確保整個設備在定義的時間窗口內（nèi）打開
• 開關損耗（hào）
盡管設計尺寸不斷增加，但主要目標是通過盡可能小的（de）麵積驅（qū）動最大電流（liú）。 這有可能導致電磁問題，使設計不可靠。 識別這些問題並在沒有（yǒu）其他影響的情況下解決它們是功率器（qì）件設計的主（zhǔ）要挑戰之一。
因此，應對大型設計（jì）（尤其是 SiC 設計）的複雜性和尺寸已成為一個重要因素。 設計人員必（bì）須考慮這（zhè）些設計的高開關（guān）頻率特性及其尺寸。 這些設計（jì）的巨大尺寸（cùn）意味著柵（shān）極信號（器件激活的觸發器）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於其他部分激活，從而導（dǎo）致電流分布不均勻、電流（liú）密度（dù）更高以及潛在的可靠性問題（tí）。
隨著我們深入研究（jiū）更大、更高效的設計，開關損耗已成為（wéi）效（xiào）率損（sǔn）失的一個（gè）重要因素。 集成器件（jiàn）製造商可以改變（biàn）和（hé）增強晶體管，從而比無晶圓廠公司更具靈活性，後（hòu）者通常隻能使用代工廠提供的（de）晶體管。 由於這是一（yī）個瞬態問題，因此需要進行詳細分析（xī）以了解開關切換的影響。了解變更的整（zhěng）體影響，尤其是大型器件固有的複雜路由至關重要（yào），可視化和比較多個（gè）相似布局的影響的能力成為（wéi）克服（fú）這些挑戰的重要依靠。
新思的（de）Power Device Workbench解決方案，可確保（bǎo）在不斷發展的功率半導體實現最高效率和可靠性。
為（wéi）什麽（me）選擇Power Device Workbench？
Power Device Workbench (PDW) 是功率器件市場的領先工（gōng）具。 PDW 已用於優（yōu）化低（dī）至 4nm 的所有技術節點（diǎn）的設計，對於大型設計（jì）尤（yóu）其有幫助。 一旦設計（jì）的初始布局可用（yòng），設計師就應用 PDW，無縫地伴隨開發過程（chéng），直（zhí）到設計完成核簽。
當設計人員在尋找優化功率晶體管（guǎn）和電子器件的工具時，最重要的因素（sù）包括提（tí）高效（xiào）率、快速比較（jiào）不同設計和增強功能、審查不同布線方案、優化重新分布層 (RDL) 以及快速糾（jiū）正（zhèng）電遷移 (EM) 違規的能（néng）力。
PDW 的核心能力在於其能夠細致、快速地分析和模擬功率器件的複雜細節（jiē）。 該工具專注於複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（shǐ）工程師（shī）能夠優化金（jīn）屬布局（jú）和鍵（jiàn）合（hé）線配置等關鍵設計參數，並分析完整的柵極網絡（這在大型複雜設計中極其困難）。 從（cóng）而使產品可以更快地投放市場（chǎng）。
PDW主（zhǔ）要特性
Power Device Workbench 提供了一套關鍵功（gōng）能，可提升其（qí）功能並與該領域的其他工（gōng）具區分開來。
分析各種尺寸的設計：PDW 擅長（zhǎng）處理各種尺寸的設計，超越（yuè）了許（xǔ）多其他工具的限製。 其功能擴展到解決（jué）所有類型的布線複雜性，使設計人員能夠全麵了解導通電阻。 這種（zhǒng）洞（dòng）察成為有針對性的（de）改（gǎi）進的基礎，最終提高功率器件的整體效率。
全柵極網絡處理：對於大型電路，PDW 通過無縫處理全柵極網絡占據中心（xīn）位置。 這對於確保整個（gè）設備在很短的時間內開啟至（zhì）關重要，這是滿足可靠性目標的關鍵因（yīn）素。 通過識別網絡中需（xū）要增強的特定區域，PDW 可以（yǐ）幫（bāng）助設計人員優化大型電路的（de）可靠性。
封裝處理：PDW 超越了芯片本身，包括了設計（jì）封裝。 在高效率設計中（zhōng），封裝起著關鍵作（zuò）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（wèi）置，並有（yǒu）助於提高效率。 此外，PDW 有助於在設計中（zhōng）優化傳感器布局，通過熱傳感器和電流傳感器定位確保（bǎo）功率器件的正確運行。
自動糾正電遷移違規：當設計內的電流密度超過可接受的限度時，PDW 會精確地查明發生情（qíng）況並指定（dìng）金屬層和電流密度的實際值。 然後，它（tā）會自（zì）動重新布線設計，消（xiāo）除電磁問題並確（què）保符合設計標準。
全麵（miàn）的設計優（yōu）化：無論是改善導通電阻、優化柵極網絡以實現及時激活、增強封（fēng）裝（zhuāng）中的 RDL，還（hái）是探索設計領域以實現特定的電阻目標，PDW 都提供了優化功率器件的多方麵方法。
自動比較設計差異：PDW 的一個（gè）突出特點是它能夠自（zì）動比較（jiào）設計差異。 當設計人員做出更改時，PDW 會迅速（sù）評估對每一層整體性能的影（yǐng）響。 這種能力對於理解局部修改的全局影（yǐng）響非常寶貴，使設（shè）計人員能夠做出對整個設計產生積極影（yǐng）響的明智決策。
與 PrimeSIM 集成：由於開關損耗是瞬態效應，PDW 創建（jiàn）了 PrimeSIM 使（shǐ）用的分布式器（qì）件模型。 PDW可以在（zài）瞬態仿真過（guò）程中隨時顯示（shì）設計（jì）的電流和電壓圖。
最終，PDW 加速了優化過程，在很短的時間內提供高質量的結果。 PDW 不僅作為一種工具（jù），而且（qiě）作為創（chuàng）新的催化劑，為工程師提供了突破功率器（qì）件效率和可靠性（xìng）界限的方法。 隨著技術（shù）的不斷發展，PDW 始終處於（yú）最（zuì）前（qián）沿，確保功率器（qì）件不僅經過設計，而且經過優化，可（kě）實現最高效率和可靠性。
