[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?zhí)枺?/td>: 201410096306.1
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103886148B
• 公開（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（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3D集成電路中熱通孔插入的方法，屬于電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種平衡3D集成電路熱問題的熱通孔插入方法。?

背景技術(shù)

隨著無線通信，辦公電子產(chǎn)品，娛樂電子產(chǎn)品和其他消費(fèi)類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，集成電路具有多功能、小型化、便攜式、高速度、低功耗和高可靠性的特點(diǎn)。那么隨著集成電路微小化到納米尺度，如何繼續(xù)遵循摩爾定律，如何實(shí)現(xiàn)更加小型化、多樣化和低成本的系統(tǒng)成為亟待解決的問題。有這些問題的同時(shí)還有存儲器速度滯后問題。相對于處理器速度，存儲器存取速度的發(fā)展較慢，導(dǎo)致處理器速度在等待存儲器獲取數(shù)據(jù)的過程中被拖延。在多核處理器中，這一問題更加嚴(yán)重，可能需要將存儲器與處理器直接鍵合在一起。另外，全新的器件結(jié)構(gòu)，比如碳納米管、自旋電子或者分子開關(guān)等，在近些年內(nèi)還不能進(jìn)行商業(yè)量產(chǎn)。在以上情況下，由于三維芯片集成技術(shù)可以在一定程度上較好的解決這些問題，而成為一個(gè)新的發(fā)展思路。?

三維集成是一種系統(tǒng)級集成結(jié)構(gòu)。通過在垂直方向上利用硅通孔將多層芯片或模塊連接的方法，減少了系統(tǒng)芯片中一些長互連線，使得芯片集成度按照摩爾定律得以延續(xù)，還可以集成不同的器件與技術(shù)，形成具有多樣性的高集成多功能的電子產(chǎn)品。3D集成電路能有效地解決系統(tǒng)芯片的互連功耗和互連延遲等性能問題，也能平衡集成系統(tǒng)研發(fā)及制造成本費(fèi)用過高的問題，將成為更高系統(tǒng)集成芯片的發(fā)展趨勢。然而，3D集成電路還存在許多方面的問題，如設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)軟件沒有普遍制定和開發(fā)，測試方法和設(shè)備缺乏，不同二維芯片速?度和尺寸之間的匹配問題，晶圓減薄問題，熱管理問題，硅通孔制作的高成本問題等等。?

在影響3D集成電路發(fā)展的各種問題中，熱管理無疑是最為重要的因素之一。這是因?yàn)椋何⑿头庋b中的層疊芯片產(chǎn)生的熱流非常高；3D集成電路增加了單位表面積的功耗；如果熱傳導(dǎo)不充分將會導(dǎo)致3D層疊中的芯片發(fā)生過熱，嚴(yán)重影響芯片正常工作。基于以上原因，一些有效的基于導(dǎo)熱的設(shè)計(jì)規(guī)則是非常有必要的。而硅通孔，由于其相對于體硅具有良好的導(dǎo)熱性，可以組成較好的熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。?

硅通孔技術(shù)（ThoughSiliconvias,TSV）是在硅片（芯片、晶圓或硅芯片載板）中鉆孔，孔中填充銅、鉬、鎢等導(dǎo)體材料，形成模塊或子系統(tǒng)間的垂直電互連。TSV的優(yōu)勢不在于成本而在于其出色的性能。與引線鍵合相比，可以明顯降低系統(tǒng)尺寸。TSV技術(shù)能夠滿足最短最豐富的垂直方向互連；允許在硅里移植整個(gè)復(fù)雜、多芯片的系統(tǒng)；邏輯模塊間的電連接更加緊密，避免了長的、水平面互連的RC延遲。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，還可作為熱通孔。熱通孔用于熱傳導(dǎo)而不必承擔(dān)任何電氣功能。合適熱通孔的組成的無源網(wǎng)絡(luò)可以有效的平衡三維芯片的熱問題。本發(fā)明提出一種在3D集成電路熱通孔自動(dòng)布局方法。本發(fā)明結(jié)合坐標(biāo)排布法，在布局的同時(shí)，又進(jìn)行合理的計(jì)算并排布了熱通孔的位置，從而有效平衡3D芯片中的熱問題。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明方法在電路原始電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加熱通孔，通過熱通孔的插入達(dá)到降低電路溫度的目的。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種3D集成電路中熱通孔位置自動(dòng)布局方法，3D集成電路中熱通孔位置自動(dòng)布局首先對版圖進(jìn)行區(qū)域劃分與溫度分析，通過溫度比較結(jié)果，判斷并計(jì)算所需熱通孔的數(shù)目和可插入熱通孔位置。循環(huán)進(jìn)行溫度分析與判斷，若不符合溫度要求則插入熱通孔，直至所有區(qū)域均符合溫度要求。完成整個(gè)自動(dòng)布局過程。?

以下為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的具體步驟：?

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，對芯片進(jìn)行區(qū)域劃分，并對各個(gè)區(qū)域進(jìn)行編號。?

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作為單位長度來劃分；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)。?