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随着微电子技术进入SOC和纳电子时代,下一代微系统技术要求的超高集成度、多功能模块等在平面设计和制作遇到瓶颈,三维微电子这种能够显著提高封装集成度的封装方式成为了研究的一个热点,可望在尖端技术和消费类电子等领域得到广泛的应用。TSV三维微系统被认为是功能集成度最高的一种三维集成技术,国际国内正从多个层面开展研究。本文主要通过对TSV结构的建模仿真,对这种纵向传输线的特性进行分析,期待对TSV和三维封装的设计有一定的指导作用。本文主要研究了三方面的内容:
(一)TSV材料、尺寸、间距等参数对其传输特性的影响。用微波技术中的麦克斯韦方程和边界条件来分析TSV特性,通过用有限元软件建模从“场”和“路”两种研究方法入手对TSV的电磁能量传输方式和RLC参数进行研究,并且对单个TSV的参数和性能以及多个TSV之间的耦合串扰进行了总结。在此部分还对TSV的热应力进行了初步的分析。
(二)建立了优化的基础模型。通过对电磁学和工艺的进一步分析,对的结构进行改进以达到损耗和串扰更小的目的。这部分主要说明了三种结构(I字形TSV,环形TSV和隔离环结构),并且将他们与基础TSV模型进行对比。其中I字形结构已经申报专利。
(三)以一款SRAM产品为研究对象,对三维互联进行了设计分析。通过分析SRAM的参数来对比TSV参数的影响,以证实TSV和三维互联的可行性。在这个部分还研究了SRAM的工作时序,找出其信号完整性可提高的部分,并归纳为布局布线可改进之处。最后结合TSV作为传输线的特性,总结了三维互联中传输线和结构设计的规则。