[發明專利]一種基于硅通孔的立體集成電路多物理域協同設計方法

有效

• 申請號: 201410165974.5
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103942393B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 單光寶;劉松;謝成民;孫有民
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于立體集成電路技術領域，涉及一種基于硅通孔的立體集成電路多物理域協同設計方法。

背景技術

基于硅通孔(Through-Silicon?Via，TSV)的立體集成技術通過硅通孔使信息在堆疊的芯片間縱向傳輸，可大幅縮短芯片全局互連長度，緩解布線通道阻塞，是促進集成電路跨越式發展的最有效途徑之一。雖然立體集成技術具有巨大的優勢，但由于在電子系統中引入了垂直方向互連，因此增加了立體集成電路設計復雜度，隨著立體集成電路制作工藝逐漸成熟，設計技術已成為制約立體集成電路發展的最大障礙。

目前，基于硅通孔的立體集成電路設計技術面臨的問題主要有兩點：

一是缺乏完整的三維電路設計軟件，導致許多研究機構無法建立完整的設計流程。為解決設計軟件缺乏的問題，有少數研究機構針對特定應用環境與制作工藝自行開發三維設計軟件。上述這些軟件屬于自行開發，僅供內部或學術使用，并不公開銷售，因此不適用于開發量產產品。由于開發出的設計軟件千差萬別，具有一定針對性，因此用其建立起來的設計流程也不盡相同，不具備通用性。而且，開發專用的三維電路設計軟件需要花費大量資金，會使立體集成電路設計成本急劇提升。

二是基于平面集成電路設計方法學的立體集成電路設計流程無法完成電、力、熱多物理域協同設計。雖然立體集成設計技術復雜度較高，但與平面集成電路仍有許多相通的地方，因此目前大多數研究機構仍采用二維電路設計軟件，或在二維電路設計軟件中擴展一些三維設計功能，并借鑒平面集成電路成熟的設計方法學，建立立體集成電路設計流程。

如北卡羅來納州大學所發表的立體集成電路設計流程，其具體步驟為：首先進行系統劃分、布局，將立體集成系統劃分為各個子模塊，然后利用二維設計軟件設計各個子模塊，最后通過專用二維版圖軟件對各個子模塊進行整合。可以看到此流程中各個子模塊的設計完全采用平面電路設計方法和流程，只有在開始系統劃分和最后整合階段考慮了立體集成電路三維互連，整體設計流程基本上借鑒了平面集成電路設計思想，大量采用二維設計軟件，是一種基于平面集成電路設計方法學的立體集成電路設計流程。此種流程最大的優點是使用二維電路設計軟件，可以為立體集成電路設計節省開發成本，采用的平面集成電路設計方法學也較為成熟可靠。但缺點是由于借鑒平面集成電路設計，整體設計流程中并沒有引入熱、力設計，更沒有考慮熱、力、電多物理域之間耦合對立體集成電路可靠性的影響，缺失多物理場協同設計，因此經此流程設計出的立體集成電路可能會在熱、力可靠性方面不滿足設計要求。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種基于硅通孔的立體集成電路多物理域協同設計方法，充分考慮了熱、力、電相互耦合對立體集成電路的影響，三者協同設計呈現迭代關系，環環相扣，保證了立體集成電路高可靠性設計。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于硅通孔的立體集成電路多物理域協同設計方法，包括以下操作：

1)對立體集成電路進行系統級劃分，將整體電路系統劃分為各個子模塊，劃分出的子模塊將會布置在立體疊層結構中的各層芯片上；

2)將劃分的各功能模塊進行功能性的電連接以實現立體集成電路的功能，得到立體集成電路原理圖；在各功能模塊連接完成后進行功能仿真；在功能仿真過程中如果發現功能有誤，則返回對各功能模塊的互聯關系進行修正，修正后再進行后續的功能仿真驗證步驟，至到所有功能仿真驗證通過；

3)以散熱性能最優為指導原則，進行立體集成電路疊層布局設計，然后通過熱仿真對疊層順序是否合理進行驗證，如果驗證不通過，則重新設計疊層順序進行后續的熱仿真，至到在熱仿真中散熱性能滿足預定的要求；

4)待立體集成電路疊層布局設計好后，進行立體集成電路三維電互連設計：

首先，進行硅通孔布局設計，根據立體集成電路原理圖設計步驟中各芯片二維互連關系，初步布置各層芯片硅通孔的位置；將各層芯片上硅通孔的名稱、物理二維坐標、穿過的芯片層數、與芯片的互連關系等信息建立成三維映射關系數據庫；

其次，進行布線設計，將三維映射關系中硅通孔的位置和互連信息，輸入現有二維布線軟件中，在各層芯片上漸進性RDL引線的設計，實現不同芯片上硅通孔之間電互連；如果在布線階段，發現某區域RDL引線布線資源不夠，則返回硅通孔布局設計階段，重新調整該區域硅通孔位置，并相應的更新三維映射關系數據庫中硅通孔信息，利用更新后的三維映射關系數據庫對該區域RDL引線進行重新設計；

最后，進行立體集成電路三維電互連設計設計規則檢查和物理驗證；