[发明专利]一种快速预测耦合玻璃通孔互连传输特性的数值方法

说明书

本发明公开了一种快速预测耦合玻璃通孔互连传输特性的数值方法，借助于MATLAB数值软件快速有效地计算耦合TGV互连传输特性，分析玻璃通孔的底部孔半径、顶部孔半径、通孔高度、通孔间的孔间距和衬底的电导率等设计参数对于耦合TGV传输特性的影响，克服了现有HFSS电磁仿真软件与HSPICE电路仿真软件仿真时间长，执行效率低的缺点，提高了三维集成电路的设计效率；本发明在预测TGV互连传输特性时，考虑了TGV的孔间耦合噪声，能够在考虑TGV耦合效应的要求下，快速精确计算出SGS和GSSG类型的TGV信号传输模式下的耦合TGV互连传输特性，克服了现有解析技术中仅分析单个信号TGV互连传输特性，而没有考虑临近信号通孔对于目标信号TGV互连传输质量产生影响的问题。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种快速预测耦合玻璃通孔互连传输特性的数值方法，可用于三维集成电路的前端设计，快速预测玻璃通孔在耦合串扰效应下的互连传输特性。

背景技术

玻璃通孔(即Through Glass Via，简称TGV)技术是实现2.5维与3维集成封装系统的有效策略。TGV通过刻蚀或激光融化在玻璃衬底中开凿通孔，之后在通孔内电镀填充金属铜或钨等材料形成。但受开孔工艺的限制，开凿的通孔为锥形，且通孔的尺寸普遍大于标准逻辑单元，例如，45nm工艺下，TGV典型尺寸是5um×5um，约为方形标准单元的4倍，容易成为新的片上耦合噪声源；此外，由于芯片间通信带宽需求的增加，有限单元硅片内集成的信号TGV数目与分布密度相应增长，国际半导体工业协会预测，2017年集成电路TGV分布密度将达到10⁷/mm²；这些因素导致TGV在信号传输过程中承受着严重的孔间串扰噪声，必须对耦合TGV的信号传输特性进行快速有效分析。

当前研究耦合TGV互连传输特性的方法主要有两种：一种是采用三维结构电磁场仿真软件HFSS进行仿真分析。Ansoft HFSS采用有限元法、自适应网格剖分、ALPS快速扫频、切向元等技术，集成了工业标准的建模系统，可以分析电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题，计算耦合TGV的S参数和相应端口阻抗的归一化S参数，并精确的预测耦合TGV互连传输特性。但该方法在网格划分及带宽分割仿真时耗费的计算时间较长，将会延长电路设计时间，增加设计成本。第二种方法是在分析耦合TGV互连传输特性时，首先采用解析方程提取TGV的电阻、电容与电感等寄生电学参数，之后构建耦合TGV结构的等效电学模型，采用电路仿真软件HSPICE仿真分析耦合TGV互连传输特性。该方法虽然可简化TGV电学参数提取过程，但存在的不足是，仍借助于仿真软件分析互连传输特性，计算方法较为复杂、繁琐，执行效率较低。

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，该篇论文将信号-地通孔结构等效为分布传输线模型，最终得到了一种预测信号-地通孔结构互连传输特性的解析模型。

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,该篇论文提取基于气腔隔离的地-信号-地通孔结构的等效电学模型，并采用电路仿真软件ADS仿真信号通孔传输特性。