基于3d集成电路tsv集束结构的热优化研究

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1、中文图书分类号：TN47密级：公开UDC：621.38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于3D集成电路TSV集束结构的热优化研究论文作者：付婧妍学科：电子科学与技术指导教师：侯立刚论文提交日期：2017年5月UDC：621.38学校代码：10005中文图书分类号：TN47学号：S201402002密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于3D集成电路TSV集束结构的热优化研究英文题目：STUDYONTHERMALOPTIMIZATIONOF3DICONTSVCLUSTERSTRUCTURE论文作者：付婧妍学科专业：电子

2、科学与技术研究方向：集成电路与系统集成申请学位：工学硕士指导教师：侯立刚讲师所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：付婧妍日期：2017年05月25日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位

3、论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：付婧妍日期：2017年05月25日导师签名：侯立刚日期：2017年05月25日摘要摘要随着社会的进步和科技的发展，人们对集成电路的集成度和工作速度的需求越来越高，三维集成电路不仅满足了这些需求而且支持异质集成，其质量对国家发展战略具有重大意义。针对目前我国三维集成电路存在的散热问题，本文以TSV（ThroughSiliconVia）集束为研究对象，系统研究三维芯片散热机理，布局技术，建模方法和

4、热评估方法，以系统建模仿真进行理论验证，面向三维集成电路产品提出创新TSV集束结构。三维集成电路（ThreeDimensionalIntegratedCircuits-3DIC）技术是在传统的二维电路的基础上，通过芯片减薄，结合等技术，将二维电路在垂直方向上进行堆叠，得到具有更高集成度的三维集成电路芯片。其中TSV作为三维芯片在垂直方向上的互连，不仅能起到信号传递的作用，而且有效促进在垂直方向上的热传导。本课题针对三维集成电路中的TSV集束结构进行研究，主要工作如下：本文建立了TSV集束三维模型并验证了基于有限元仿真的热仿真方法。基于有限元仿真软件，Comsol，本文建立了

5、三维集成电路TSV集束模型。对TSV的基本参数和热相关模型进行了研究。通过变化TSV各参数对TSV集束进行热分析，得到相应的仿真结果，将结果和现有的研究对比，验证了本文仿真方法的正确性。本文通过探究TSV集束不同布局模型的热特性，首次提出了创新型的TSV集束结构。通过对多种布局模型的TSV集束进行热分析，将结果进行对比分析，探究了在何种TSV布局情况下，TSV集束的热特性最佳。通过所得的结论，提出了创新型的TSV集束结构。本文全面地探究了TSV集束新结构的热特性。分别分析计算了TSV集束创新结构面积利用率，四种基本单元的热特性，创新结构TSV集束横向热传导特性和纵向热传导特

6、性，以及创新结构TSV集束整体热特性分析。本文提出了关于TSV集束创新结构的排布算法和TSV集束热特性的评估算法并进行了验证。基于提出的创新型TSV集束结构，本文设计相应的TSV集束排布算法并提出了TSV集束热特性的评估算法。针对多种不同形状的热源，利用所设计的排布算法，本文建立了相应的三维模型。基于此模型进行热仿真，所得到的仿真结果和他人的研究结果相一致,进而验证了所提出的热仿真方法的正确性。最后，基于IBM基准电路，本文运用所提出的方法进行了实际电路的TSV排布。本文提出的创新TSV集束结构可以有效的缓解三维集成电路的散热问题。-I-北京工业大学工学硕士学位论文与其相关

7、的排布评估算法可以成为三维集成电路EDA工具中的一部分，优化三维集成电路设计流程。研究成果对3D集成电路设计有实际意义。关键词：TSV；TSV集束；热仿真；集束结构-II-AbstractAbstractWiththedevelopmentofsocietyandtechnology,thedemandfortheintegrationofintegratedcircuitsandtheworkingspeedareincreasinggradually.Thethree-dimensionalintegrated