Software für den Leistungs-IC-Entwurf Moderne Tools machen Halbleiter effizienter

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Bei der Entwicklung von Dual-MOSFET-Bauelementen setzt Rohm auf die Design-Software Tanner L-Edit von Siemens – und konnte mithilfe dieser Tools den Einschaltwiderstand im P-Kanal-MOSFET um mehr als 61 Prozent und im N-Kanal-MOSFET um bis zu 39 Prozent senken.

Industrielle Motoranwendungen und Basisstationen haben häufig eine Eingangsspannung von 24 V. MOSFETs, die in diesen Anwendungen eingesetzt werden, müssen Spannungsschwankungen zwischen 40 V und 60 V standhalten können. Darüber hinaus erwartet der heutige Markt zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads und zur Miniaturisierung von Motoren von MOSFETs eine höhere Schaltgeschwindigkeit bei geringerem Einschaltwiderstand.

Vor diesem Hintergrund hat Rohm seine Dual-MOSFETs der Serien QH8Mx5 bzw. SH8Mx5 unter Verwendung neuester Designmethoden und Prozesstechnologien entwickelt. Diese Bausteine weisen Einschaltwiderstände auf, die im P-Kanal-MOSFET um bis zu 61 Prozent und im N-Kanal-MOSFET um bis zu 39 Prozent unter denen der ±40-V-Produkte anderer Anbieter liegen. Für das Layout dieser Bauelemente kam die Software Tanner L-Edit von Siemens EDA zum Einsatz.

Kürzere Durchlaufzeit in der Entwicklungsphase

Entwickler stehen täglich vor der Herausforderung, den Stromverbrauch zu senken, Abmessungen und Gewicht zu reduzieren, die Hitzebeständigkeit zu verbessern und die Markteinführungszeit für Produkte zu verkürzen. So arbeitet Rohm daran, die Durchlaufzeit (TAT) in der Entwicklungsphase durch die Automatisierung der Testelementgruppe (Test Elementary Group, TEG) zu verkürzen. Das TEG-Layout wird verwendet, um das optimale Muster für die Bewertung und Steuerung des Prozesses sowie des einzelnen Bauelements zu generieren.

Beim strukturellen Design von Leistungsbauelementen werden die Abmessungen und die Abstände durch Simulation der Bauelemente bestimmt. Um die optimale Struktur auszuwählen, hat Rohm mehrere hundert TEG-Layoutmuster erstellt und in einem „Trial-and-Error“-Prozess die optimale Strukturanordnung ausgewählt. Derzeit führt das Unternehmen einen Testbetrieb zur Automatisierung des Layouts in der Sprache TCL durch, in den das gesammelte Wissen der Designer einfließt.

Es wird erwartet, dass mithilfe dieses Prozesses die TEG-Layout-Entwurfszeit nach Abschluss der Automatisierungsarbeiten um 80 Prozent verkürzt wird. Nach Beendigung des Testbetriebs wird Rohm diese Automatisierungsprozesse sukzessive auf andere Strukturen ausweiten und will auf diese Weise die Durchlaufzeiten weiter verbessern sowie die TCL-Skript-basierte Optimierung und Effizienz im Unternehmen vorantreiben.

Die Tanner L-Edit Software unterstützt mehrere Sprachen, darunter C/C++, TCL und Python. Der Anwender hat die Wahl, ob die Befehle dieser Sprachen in einer parametrischen Zelle oder in der Befehlszeile ausgeführt werden sollen. Solange der Inhalt des Programms noch nicht final festgelegt ist, können die Koordinaten mit Excel berechnet, in eine ASCII-Datei mit einem TCL-Befehl umgewandelt und in der Befehlszeile ausgeführt werden. Sobald der Inhalt des Programms dann allgemeingültig ist, kann anschließend eine parametrische Zelle erstellt und bestimmt werden, welche Parameterwerte in der Layout-Zelle verbleiben (Bild 2). Somit ist der Anwender in der Lage, die effektivste Bereitstellungsmethode für sein Design auszuwählen.

Tanner L-Edit unterstützt sowohl Windows als auch Linux. Diese Flexibilität reduziert den Aufwand für die Verwaltung der Designumgebung. Laut Herrn Yutani, einem Mitarbeiter der Devices Development Division in Rohms Power Devices Business Unit, wurde der Ansatz für das Überprüfen der Entwurfsregeln (Design Rule Checking, DRC) geändert und dadurch die Effizienz der Layout-Verifizierung erheblich verbessert: „Es ist viel einfacher geworden, Regeln zu entwickeln und zu definieren.“

Layoutvalidierung als neuer Ansatz

Wie Yutani weiter berichtet, ist die DRC-Verifizierung des Layouts eine wesentliche Aufgabe, um die Design- und Produktqualität sicherzustellen. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Prozessen für diskrete Leistungsbauelemente, und das Erstellen einer Regeldatei für jeden Prozess und die Anwendung der richtigen Regeln ist sehr kompliziert. Darüber hinaus könne der Arbeitsaufwand zur Vermeidung von Fehlern und zur Bestätigung, dass Rohm den richtigen Regelsatz verwendet, sehr hoch sein.

„Um diesen Verifizierungsprozess zu stärken, haben wir unsere Herangehensweise geändert und einen völlig neuen Ansatz in unserem DRC-Prozess eingeführt“, sagt Yutani. „Im Layout unseres Produkts werden Zellen und Teile der Grundstruktur regelmäßig auf der Grundlage der Regel instanziiert. Daher haben wir uns entschieden, zur Erkennung der Überlappung und Trennung von DRC-Mustern überzugehen, die in die grundlegenden Strukturteile integriert sind, anstatt die Dimension anhand der Definition eines Mindestwerts zu erkennen. Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, eine traditionelle Regeldatei zu erstellen, die den Minimalwert für jeden Prozess und jedes Produkt beschreibt. Es ist nun möglich, Regeln einheitlich auf alle Prozesse und Produkte anzuwenden“.

Bei der Markteinführung der Produkte gab es keine Verzögerungen durch unentdeckte DRC-Verstöße. Rohm hat jedoch viel Zeit damit verbracht, Regeln zu erstellen, anzuwenden, zu verifizieren und zu bestätigen, um dies zu verhindern. Die DRC-Verifizierung konnte das Unternehmen in kurzer Zeit mit einem einfachen Ablauf durchführen. Arbeitsaufwand und Verifizierungszeiten wurden erheblich reduziert, und auch die Zuverlässigkeit wurde sichergestellt. Durch die Änderung des DRC-Ansatzes verbesserte sich die Effizienz der Layout-Verzifizierung erheblich, wodurch die Entwicklung und Definition von Regeln wesentlich einfacher geworden sind.

Tanner L-Edit verwaltet Informationen wie Layer und Technologien nicht nur in ASCII-Dateien, sondern auch in einer Datenbank zusammen mit den Layoutdaten. Dadurch lassen sich die Daten, auf die Designer zugreifen können, einfacher verwalten und es entsteht eine flexible Umgebung für das einfache Ausprobieren neuer Ideen.

Rohm zeigte sich mit der Unterstützung durch den Toolhersteller Siemens EDA sehr zufrieden. Dieser führt Anwenderbefragungen durch und bietet Unterstützung aus Anwendersicht, beispielsweise in Form von Workshops. Auch lassen sich technische Anfragen beim Support-Center erfassen und für einen effizienten Informationsaustausch an die Gruppenmitglieder weiterleiten. (cg)

* Nach Unterlagen von Siemens EDA

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