TSV立体集成计算机研究进展

分析硅通孔(through-silicon via,TSV)立体集成用于计算机处理芯片的优势.介绍TSV立体集成计算机处理器模块单元指令调度集、KS加法器和对数移位器等的发展现状,以及利用TSV立体集成技术的3D立体架构代替平面架构所带来的功耗降低和性能提升的巨大优势.     

低阻硅TSV与铜TSV的热力学变参分析

硅通孔（through-silicon-via,TSV）是三维集成技术中的关键器件.本文对低阻硅TSV与铜TSV的热力学特性随各项参数的变化进行了比较.基于基准尺寸,比较了低阻硅TSV和铜TSV在350℃的工作温度下,最大von Mises应力和最大凸起高度之间的不同.基于这两种结构,分别对TSV的直径、高度、间距进行了变参分析,比较了不同参数下,两种TSV的热力学特性.结果表明,低阻硅TSV具有更好的热力学特性.      

2.5D集成电路中低阻硅通孔的电学性能研究

2.5D集成技术（转接层技术）可以实现不同芯片间的异质集成,基于低阻硅通孔（TSV）的转接层利用了低阻硅的良好导电性,可以代替铜基硅通孔,具有工艺简单、成本低廉的优点.本文对低阻硅通孔进行了电磁学仿真,在1 GHz时,回波损耗S₁₁为-24.7 dB,插入损耗S₂₁为-0.52 dB基本满足传输线的要求.提出了等效电路模型,与电磁仿真结果对比,具有较好的一致性,可以实现在0.1~10 GHz带宽内的应用.最后对低阻硅通孔进行了TDT/TDR及眼图仿真,结果表明虽然低阻硅通孔的电阻对压降有较大影响,但是寄生电容的影响相对较小.      

硅通孔负载全局均衡的3D NoC延迟上界优化方法

针对三维片上网络(3D No C)中硅通孔(TSV)的特殊结构,提出了一种3D No C延迟上界优化方法,通过全局均衡硅通孔负载,降低全局业务流的延迟上界.建立3D No C的网格通信模型,搜索网络中所有业务流的可行路径,提出一种基于度的冲突矩阵,求出目标子流路径的TSV冲突系数,按照路径中TSV冲突系数的大小把目标流流量分配到部分最优路径上.实验结果表明,基于度的冲突矩阵可以有效减少存储空间,将存储复杂度从O(n2)降低到O(n),并且可以清晰直观地表现出业务流在网络中的冲突情况.采用硅通孔负载全局均衡的3D No C延迟上界优化方法,目标业务流的延迟上界得到了显著优化,最大的优化效果可将延迟上界降低58.9%.     

PI-TSV等效热导率提取与验证

与传统的T/R组件相比,采用转接板技术实现的2.5D集成硅基T/R组件体积更小,集成度更高,散热性能更好.硅通孔（through-silicon-via,TSV）是其中的关键结构.本文针对2.5D集成的复杂T/R组件难以直接建模进行有限元热学仿真的问题,通过提取TSV等效热导率的方法简化仿真.对聚酰亚胺（Polyimide,PI）作为绝缘介质层的硅通孔（PI-TSV）进行了相应的有限元数值模拟,并改变结构参数,研究了不同结构因素对PI-TSV等效热导率的影响.给出了PI-TSV等效热导率关于中心导电铜柱直径、绝缘介质层厚度及TSV间距的经验公式.      

多层3D芯片中硅通孔分布优化的改进算法

3D芯片中硅通孔(TSV)的位置分布会对总线长造成很大影响,所以对于TSV位置分布的优化有许多算法,逐层进行TSV分配只能做到局部优化.提出用逆向重分配的方法对已有算法结果进一步优化以达到减少总线长的目的.同时提出了一种快速重分配以提高深度优化的运行时间.实验结果表明,对比逐层TSV分配方法,此逆向重分配方法可减少3.7%的总线长;此方法亦可对其他TSV分配算法(如逐网TSV分配、拉格朗日松弛算法等)所得结果作进一步线长优化;而快速重分配可将逆向重分配的运行时间降低为原来的10%.     

高精度大尺寸硅晶片的双面研磨抛光机改进设计

随着IC设计技术和制造技术的发展和进步,集成电路芯片的集成度在不断提高,芯片密度呈指数增长趋势。硅晶片作为集成电路芯片的主要材料,尺寸越来越大。在分析国内双面抛光机典型机型原理和特点的基础上,针对运用于大尺寸甚至是直径400 mm的硅晶片,提出高精度双面研磨抛光机在机械结构和控制系统等方面的改进措施,很好地解决了国内目前对大尺寸硅晶片加工难、加工精度不高等难题。     

一种面向三维微处理器的新型片上网络拓扑

利用三维集成电路中硅通孔具有延迟短、功耗低的特性,针对10层以上硅片堆叠的三维片上网络,设计了一种新的拓扑结构3DE Mesh,并通过实验数据的分析,验证了3DE Mesh的性能和可扩展性.结果表明,3DE Mesh的性能和可扩展性均满足10层以上硅片堆叠的三维集成电路的要求.     

利用电镀铜填充微米盲孔与通孔之应用

电子产品之高密度内连结制程技术,从上游的半导体制程到中游的封装基板制程,一直到下游的电路板制程,似乎都需要依赖电镀铜填孔技术.近几年来,电镀铜填孔技术日趋受到重视,相关专秘的电镀配方、技术、设备以及周边配套的仪器设施等,如雨后春笋般地发展起来.以往常用但未能深入了解的电镀铜技术有了跃进式的突破,值得探讨.这些技术的发展,似乎有着轮回应用的走势,即下游电路板的电镀铜制程技术似乎渐渐朝半导体制程技术发展,因此衍生出电镀铜填充盲孔的制程技术;而上游的半导体制程工艺中以往没有所谓的镀通孔(PTH),如今却因为3D芯片整合的需要,出现了所谓的穿硅孔(TSV),而所谓的TSV,其实与镀通孔具有类似的制程步骤以及相同的功能与目的,只是介电材料、设备等不同而已.针对目前电镀铜填充微米级盲孔与通孔的相关技术作概略式的介绍与回顾.     

混合介质层类同轴垂直硅通孔的高频性能研究

为了改善T/R组件中2.5 D转接板的高频特性,本文提出一种工艺简单、结构新颖的混合介质层类同轴硅通孔（through silicon via,TSV）结构,对混合介质层类同轴TSV结构的外围TSV数量、TSV直径、混合介质层厚度等参数进行了仿真研究,并与传统同轴TSV的回波损耗、插入损耗、串扰等性能进行对比.结果表明优化后的混合介质层类同轴TSV结构在1~45 GHz频率范围内,具有良好的射频传输性能.