[發明專利]一種快速預測耦合玻璃通孔互連傳輸特性的數值方法

有效

• 申請號: 201611120113.0
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106844830B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 錢利波;夏銀水;葉益迭;施閣
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 謝瀟

本發明公開了一種快速預測耦合玻璃通孔互連傳輸特性的數值方法，借助于MATLAB數值軟件快速有效地計算耦合TGV互連傳輸特性，分析玻璃通孔的底部孔半徑、頂部孔半徑、通孔高度、通孔間的孔間距和襯底的電導率等設計參數對于耦合TGV傳輸特性的影響，克服了現有HFSS電磁仿真軟件與HSPICE電路仿真軟件仿真時間長，執行效率低的缺點，提高了三維集成電路的設計效率；本發明在預測TGV互連傳輸特性時，考慮了TGV的孔間耦合噪聲，能夠在考慮TGV耦合效應的要求下，快速精確計算出SGS和GSSG類型的TGV信號傳輸模式下的耦合TGV互連傳輸特性，克服了現有解析技術中僅分析單個信號TGV互連傳輸特性，而沒有考慮臨近信號通孔對于目標信號TGV互連傳輸質量產生影響的問題。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種快速預測耦合玻璃通孔互連傳輸特性的數值方法，可用于三維集成電路的前端設計，快速預測玻璃通孔在耦合串擾效應下的互連傳輸特性。

背景技術

玻璃通孔(即Through Glass Via，簡稱TGV)技術是實現2.5維與3維集成封裝系統的有效策略。TGV通過刻蝕或激光融化在玻璃襯底中開鑿通孔，之后在通孔內電鍍填充金屬銅或鎢等材料形成。但受開孔工藝的限制，開鑿的通孔為錐形，且通孔的尺寸普遍大于標準邏輯單元，例如，45nm工藝下，TGV典型尺寸是5um×5um，約為方形標準單元的4倍，容易成為新的片上耦合噪聲源；此外，由于芯片間通信帶寬需求的增加，有限單元硅片內集成的信號TGV數目與分布密度相應增長，國際半導體工業協會預測，2017年集成電路TGV分布密度將達到10⁷/mm²；這些因素導致TGV在信號傳輸過程中承受著嚴重的孔間串擾噪聲，必須對耦合TGV的信號傳輸特性進行快速有效分析。

當前研究耦合TGV互連傳輸特性的方法主要有兩種：一種是采用三維結構電磁場仿真軟件HFSS進行仿真分析。Ansoft HFSS采用有限元法、自適應網格剖分、ALPS快速掃頻、切向元等技術，集成了工業標準的建模系統，可以分析電磁場數值解和開邊界問題，近遠場輻射問題，計算耦合TGV的S參數和相應端口阻抗的歸一化S參數，并精確的預測耦合TGV互連傳輸特性。但該方法在網格劃分及帶寬分割仿真時耗費的計算時間較長，將會延長電路設計時間，增加設計成本。第二種方法是在分析耦合TGV互連傳輸特性時，首先采用解析方程提取TGV的電阻、電容與電感等寄生電學參數，之后構建耦合TGV結構的等效電學模型，采用電路仿真軟件HSPICE仿真分析耦合TGV互連傳輸特性。該方法雖然可簡化TGV電學參數提取過程，但存在的不足是，仍借助于仿真軟件分析互連傳輸特性，計算方法較為復雜、繁瑣，執行效率較低。

En-Xiao Liu,Er-Ping Li,Wei-Bin Ewe,Teck Guan Lim,Shan Gao.Compactwideband equivalent circuit model for electrical modeling of through siliconvia.IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques,vol.59,no.6,June2011，該篇論文將信號-地通孔結構等效為分布傳輸線模型，最終得到了一種預測信號-地通孔結構互連傳輸特性的解析模型。

Xiao-Xian Liu,Zhang-Ming Zhu,Yin-Tang Yang.Low loss air cavitythrough silicon vias(TGVs)for high speed three dimensional integratedcircuits(3-D ICs).IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.26,no.2,Feb.2016,該篇論文提取基于氣腔隔離的地-信號-地通孔結構的等效電學模型，并采用電路仿真軟件ADS仿真信號通孔傳輸特性。