[發(fā)明專利]一種3D集成電路中熱通孔位置自動(dòng)布局方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410096306.1
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103886148B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯立剛;付婧妍;汪金輝;彭曉宏;耿淑琴;路博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

1.一種3D集成電路中熱通孔位置結(jié)構(gòu)，其特征在于：本發(fā)明中的3D集成電路是一種三維立體式的芯片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括信號(hào)TSV（1）、熱通孔a（2）、熱通孔b（3）、頂層芯片（6）、底層芯片（7）、芯片標(biāo)準(zhǔn)單元（8）、金屬連接層（9）、硅襯底（10）；3D芯片中每一層都是2D芯片，并由所示的TSV在豎直方向連接起來(lái)，其包括頂層芯片（6）、低層芯片（7）；標(biāo)準(zhǔn)單元（8）是集成電路中實(shí)現(xiàn)信號(hào)互聯(lián)的基本組成部分，各標(biāo)準(zhǔn)單元（8）的通過(guò)金屬互聯(lián)線（9）互聯(lián)；頂層芯片（6）和底層芯片（6）相連接需要通過(guò)信號(hào)TSV（1），信號(hào)TSV（1）是穿過(guò)相鄰兩層芯片的硅通孔；由于TSV中由金屬填充，其導(dǎo)熱性好，因此除了作為垂直電互連，還作為熱通孔a（2）和熱通孔b（3）；熱通孔用于熱傳導(dǎo)而不必承擔(dān)任何電氣功能；硅襯底（10）為硅襯底是集成電路的基本結(jié)構(gòu)；

該系統(tǒng)包括六個(gè)單元，分別為輸入單元、熱分析單元、比較單元、計(jì)算單元、判斷單元、存儲(chǔ)單元；其中，輸入單元用于建立3D集成電路直角坐標(biāo)系，將版圖劃分為多個(gè)子區(qū)域，并對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行編號(hào)；熱分析單元用于分析芯片上各個(gè)區(qū)域的溫度分布，得到各個(gè)區(qū)域溫度最高點(diǎn)的溫度值和其在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；比較單元將各個(gè)單元的溫度最高值和目標(biāo)溫度相比較，判斷是否結(jié)束熱通孔插入，是否完成優(yōu)化；判斷單元用于判斷所選中的坐標(biāo)點(diǎn)是否可以作為熱通孔的插入點(diǎn)；存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)已經(jīng)作為熱通孔插入點(diǎn)的數(shù)據(jù)，更新版圖信息；

比較單元和判斷單元包括坐標(biāo)系（11）、1000倍刻度標(biāo)準(zhǔn)（13）、區(qū)域溫度最高點(diǎn)（15）、熱通孔插入點(diǎn)（17）、熱通孔插入順序編號(hào)（18）；其中比較單元將各個(gè)單元的溫度最高值和目標(biāo)溫度相比較，判斷是否需要插入熱通孔，判斷是否結(jié)束熱通孔插入，是否完成優(yōu)化；計(jì)算單元用于計(jì)算插入熱通孔的數(shù)目，無(wú)計(jì)算單元示意圖；其中判斷單元用于判斷所選中的坐標(biāo)點(diǎn)是否可以作為熱通孔的插入點(diǎn)；存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)已經(jīng)作為熱通孔插入點(diǎn)的數(shù)據(jù)，更新版圖信息。

2.依權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，一種3D集成電路中熱通孔位置自動(dòng)布局方法，其特征在于：本方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟為

S1輸入基本版圖信息，確定目標(biāo)溫度T0；

S2根據(jù)版圖建立3D直角坐標(biāo)系，對(duì)芯片進(jìn)行區(qū)域劃分，并對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行編號(hào)；

S2.1建立3D集成電路直角坐標(biāo)系，在版圖中建立平面直角坐標(biāo)系A(chǔ)，坐標(biāo)系A(chǔ)的坐標(biāo)軸以版圖一頂點(diǎn)為圓點(diǎn)，坐標(biāo)系A(chǔ)的xy軸沿版圖邊緣生成；坐標(biāo)系A(chǔ)的橫軸沿版圖水平方向邊緣建立，縱軸沿版圖的垂直方向邊緣建立；建立刻度標(biāo)準(zhǔn)D，D為熱通孔工藝加工的間距，使坐標(biāo)橫軸和縱軸以D作為單位長(zhǎng)度來(lái)劃分；根據(jù)建立的刻度標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)版圖上的點(diǎn)到x軸y軸的距離確定這一點(diǎn)的坐標(biāo)值，當(dāng)一點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值均為整數(shù)時(shí)，稱其為整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；

S2.2坐標(biāo)系A(chǔ)確立后，沿橫軸方向和縱軸方向?qū)⒓呻娐钒鎴D劃分為子單元，其切割的要求是，首先確定版版圖沿直角坐標(biāo)系A(chǔ)橫軸正方向上的寬度，從原點(diǎn)處開(kāi)始，以1000D的長(zhǎng)度作為一個(gè)切割單元的寬度，切割方向應(yīng)與坐標(biāo)系A(chǔ)的橫軸方向相垂直；其次，確定版版圖沿直角坐標(biāo)系A(chǔ)縱軸正方向上的寬度，從原點(diǎn)處開(kāi)始，以1000D的長(zhǎng)度作為一個(gè)切割單元的寬度，切割方向應(yīng)與坐標(biāo)系A(chǔ)的縱軸方向相垂直；切割時(shí)的橫軸縱軸的切割垂直線相交構(gòu)成了各子單元，每一個(gè)子單元為一個(gè)區(qū)域；

S2.3將S2.2中分割的若干區(qū)域依次進(jìn)行編號(hào)；編號(hào)順序?yàn)椋瑥陌鎴D原點(diǎn)處區(qū)域開(kāi)始，沿x軸正方向至版圖邊界；接著從原點(diǎn)沿y軸正方向第二個(gè)區(qū)域開(kāi)始，即（0，1000），（0，2000），（1000，2000），（1000，1000）四個(gè)點(diǎn)圍城的區(qū)域，沿x軸正方向至版圖邊界；接著從原點(diǎn)沿y軸正方向第三個(gè)區(qū)域開(kāi)始，即（0，2000），（0，3000），（1000，2000），（1000，3000）四個(gè)點(diǎn)圍成的區(qū)域，沿x軸正方向至版圖邊界；依次類推，到從原點(diǎn)沿y軸正方向方向至版圖邊界的最后區(qū)域開(kāi)始，沿x軸正方向至版圖邊界，依次編號(hào)為1，2，3，…，a；所述a是正整數(shù)，是指按照編號(hào)順序的最后一個(gè)區(qū)域的編號(hào)，同時(shí)也代表了區(qū)域的總數(shù)；

S3利用熱分析得到并存儲(chǔ)各個(gè)區(qū)域溫度最高點(diǎn)的溫度和坐標(biāo)值；

S3.2根據(jù)三維芯片的布圖信息，熱分析得到芯片上各個(gè)區(qū)域的溫度分布；

S3.2存儲(chǔ)各個(gè)區(qū)域的溫度最高值，第一個(gè)區(qū)域的溫度最高值記為Tm_1，第二個(gè)區(qū)域的溫度最高值記為Tm_2，以此類推，最后一個(gè)區(qū)域的溫度最高值記為Tm_a；即各個(gè)區(qū)域的溫度最高值分別為Tm_1，Tm_2，...，Tm_a，并且存儲(chǔ)各個(gè)區(qū)域的溫度最高點(diǎn)的坐標(biāo)值，第一個(gè)溫度最高點(diǎn)的坐標(biāo)值記為（xm_1,ym_1），第2個(gè)溫度最高點(diǎn)的坐標(biāo)值記為（xm_2,ym_2），以此類推，最后一個(gè)區(qū)域溫度最高點(diǎn)的坐標(biāo)值記為（xm_a,ym_a）；即各個(gè)區(qū)域的溫度最高點(diǎn)坐標(biāo)值記為（xm_1,ym_1），（xm_2,ym_2），...，（xm_a,ym_a）；

S4.將Tm_1，Tm_2，...，Tm_a和T0依次比較，若所有區(qū)域的最高溫度均小于T0，則整個(gè)布圖符合溫度要求，完成優(yōu)化過(guò)程；

S5對(duì)于最高溫度大于T0的區(qū)域，計(jì)算并插入熱通孔；詳細(xì)說(shuō)明如下；

S5.1若結(jié)果大于T0，則計(jì)算熱通孔數(shù)目并插入熱通孔；若小于T0，繼續(xù)將下一區(qū)域最高溫度和T0比較；直到所有區(qū)域溫度最高點(diǎn)均比較完畢；

S5.2需要插入的熱通孔數(shù)n（n為整數(shù)）的計(jì)算方法：n0=（Tm_i-T0）/Ttsv，n0為計(jì)算得到的熱通孔數(shù)值，其中i表示本次比較的區(qū)域編號(hào)，1≤i≤a，Tm_i表示第i區(qū)域的最高溫度值；T0表示目標(biāo)溫度；Ttsv表示熱通孔的熱通量；若計(jì)算得到的n0為整數(shù)，則n=n0，否則，n為n0取整后加1得到的數(shù)值；這里的取整指舍棄小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)；

S5.3選取插入點(diǎn)方法如下，根據(jù)區(qū)域溫度最高點(diǎn)坐標(biāo)值（xm_i,ym_i），其中i表示區(qū)域編號(hào)，i為整數(shù)，1≤i≤a；用中括號(hào)表示取整，如，[xm_i]表示將xm_i取整后的值；對(duì)于橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)均為整數(shù)的坐標(biāo)點(diǎn)為整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)刻度標(biāo)準(zhǔn)D為熱通孔工藝加工的間距可知，在整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)處插入熱通孔數(shù)滿足熱通孔間的最小間距要求的；從區(qū)域的溫度最高點(diǎn)到遠(yuǎn)離此點(diǎn)，為一系列最小間距為一個(gè)刻度標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的正方形，這些正方形都是由整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)組成，由內(nèi)到外的正方形分別有4，8，12，16，20，24，28……個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；那么首先選取溫度最高點(diǎn)周圍4個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)，依次為（[xm_i]，[ym_i]），（[xm_i]，[ym_i]+1），（[xm_i]+1，[ym_i]+1），（[xm_i]+1，[ym_i]）；此選取順序是由這四個(gè)點(diǎn)圍城的最內(nèi)側(cè)正方形的一點(diǎn)開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较蜻x取；接著沿著選取的倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)至倒數(shù)第一個(gè)點(diǎn)的方向，順勢(shì)選取下一個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)此點(diǎn)所在的正方形，即溫度最高點(diǎn)周圍4點(diǎn)圍城的正方形的外側(cè)正方形，有8個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；那么依次選取從此點(diǎn)沿其所在正方形的順時(shí)針?lè)较颍来芜x取整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)作為插入點(diǎn)；按照以上方法，每次按順時(shí)針選取正方形上的整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)后，按次最后選取點(diǎn)到最后選取點(diǎn)方向選取下一正方形上的整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)；特別的，每次選取前判斷此點(diǎn)是否可插入，是否符合版圖中的熱通孔和信號(hào)單元的間距，熱通孔和熱通孔的間距的設(shè)計(jì)規(guī)則；若符合則選取此點(diǎn)，若不符合則跳過(guò)此點(diǎn)，判斷下一點(diǎn)；如上方法直到選取了所需的n個(gè)點(diǎn)為止；

S6根據(jù)步驟S5，更新插入熱通孔后的版圖信息；執(zhí)行步驟S3。