[发明专利]一种3D集成电路中热通孔位置自动布局方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D集成电路中热通孔插入的方法，属于电路设计领域，涉及一种平衡3D集成电路热问题的热通孔插入方法。 

背景技术

随着无线通信，办公电子产品，娱乐电子产品和其他消费类电子产品的快速发展，集成电路具有多功能、小型化、便携式、高速度、低功耗和高可靠性的特点。那么随着集成电路微小化到纳米尺度，如何继续遵循摩尔定律，如何实现更加小型化、多样化和低成本的系统成为亟待解决的问题。有这些问题的同时还有存储器速度滞后问题。相对于处理器速度，存储器存取速度的发展较慢，导致处理器速度在等待存储器获取数据的过程中被拖延。在多核处理器中，这一问题更加严重，可能需要将存储器与处理器直接键合在一起。另外，全新的器件结构，比如碳纳米管、自旋电子或者分子开关等，在近些年内还不能进行商业量产。在以上情况下，由于三维芯片集成技术可以在一定程度上较好的解决这些问题，而成为一个新的发展思路。 

三维集成是一种系统级集成结构。通过在垂直方向上利用硅通孔将多层芯片或模块连接的方法，减少了系统芯片中一些长互连线，使得芯片集成度按照摩尔定律得以延续，还可以集成不同的器件与技术，形成具有多样性的高集成多功能的电子产品。3D集成电路能有效地解决系统芯片的互连功耗和互连延迟等性能问题，也能平衡集成系统研发及制造成本费用过高的问题，将成为更高系统集成芯片的发展趋势。然而，3D集成电路还存在许多方面的问题，如设计规则和设计软件没有普遍制定和开发，测试方法和设备缺乏，不同二维芯片速 度和尺寸之间的匹配问题，晶圆减薄问题，热管理问题，硅通孔制作的高成本问题等等。 

在影响3D集成电路发展的各种问题中，热管理无疑是最为重要的因素之一。这是因为：微型封装中的层叠芯片产生的热流非常高；3D集成电路增加了单位表面积的功耗；如果热传导不充分将会导致3D层叠中的芯片发生过热，严重影响芯片正常工作。基于以上原因，一些有效的基于导热的设计规则是非常有必要的。而硅通孔，由于其相对于体硅具有良好的导热性，可以组成较好的热传导网络。 

硅通孔技术（ThoughSiliconvias,TSV）是在硅片（芯片、晶圆或硅芯片载板）中钻孔，孔中填充铜、钼、钨等导体材料，形成模块或子系统间的垂直电互连。TSV的优势不在于成本而在于其出色的性能。与引线键合相比，可以明显降低系统尺寸。TSV技术能够满足最短最丰富的垂直方向互连；允许在硅里移植整个复杂、多芯片的系统；逻辑模块间的电连接更加紧密，避免了长的、水平面互连的RC延迟。由于TSV中由金属填充，其导热性好，因此除了作为垂直电互连，还可作为热通孔。热通孔用于热传导而不必承担任何电气功能。合适热通孔的组成的无源网络可以有效的平衡三维芯片的热问题。本发明提出一种在3D集成电路热通孔自动布局方法。本发明结合坐标排布法，在布局的同时，又进行合理的计算并排布了热通孔的位置，从而有效平衡3D芯片中的热问题。 

发明内容

本发明方法在电路原始电路结构基础上添加热通孔，通过热通孔的插入达到降低电路温度的目的。 

为实现上述目的本发明采用的技术方案为一种3D集成电路中热通孔位置自动布局方法，3D集成电路中热通孔位置自动布局首先对版图进行区域划分与温度分析，通过温度比较结果，判断并计算所需热通孔的数目和可插入热通孔位置。循环进行温度分析与判断，若不符合温度要求则插入热通孔，直至所有区域均符合温度要求。完成整个自动布局过程。 

以下为实现本发明方法的具体步骤： 

S1.输入基本版图信息，确定目标温度T0。 

S2.根据版图建立3D直角坐标系，对芯片进行区域划分，并对各个区域进行编号。 

S2.1.建立3D集成电路直角坐标系，在版图中建立平面直角坐标系A，坐标系A的坐标轴以版图一顶点为圆点，坐标系A的xy轴沿版图边缘生成；坐标系A的横轴沿版图水平方向边缘建立，纵轴沿版图的垂直方向边缘建立；建立刻度标准D，D为热通孔工艺加工的间距，使坐标横轴和纵轴以D作为单位长度来划分；根据建立的刻度标准，可以根据版图上的点到x轴y轴的距离确定这一点的坐标值，当一点的横纵坐标值均为整数时，称其为整数坐标点。