[发明专利]一种基于机器学习的3D芯片信号耦合性分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于机器学习的3D芯片信号耦合性分析系统及方法，通过TSV通孔3D模型得到在不同的TSV通孔的半径、高度以及通孔之间的距离参数下的TSV通孔的S参数，并分别存入S2P文件；建立TSV通孔RLGC等效电路模型并根据S2P文件得到对应尺寸下的RLGC等效电路的电路参数；将TSV通孔的半径、高度以及通孔之间的距离参数作为BP神经网络的输入，RLGC等效电路的电路参数作为BP神经网络的输出，对BP神经网络进行训练，根据训练后的网络输出进行S参数仿真分析，分析结果即为对应尺寸下TSV通孔3D模型的传输特性。本发明中的神经网络是采用实际模型仿真和优化结果作为训练集，对于不同情况电路性能的分析更为灵活，具有更高的准确性。

技术领域

本发明涉及3D芯片信号传输领域，尤其涉及一种基于机器学习的3D芯片信号耦合性分析系统及方法，用机器学习方法快速准确得到3D模型等效电路。

背景技术

随着电子元件、PCB制造在尝试降低尺寸的道路上不断遇到障碍，需要相关设备在更小的维度上以更高的速度实现更多功能，摩尔定律愈发难以为继。工程师发现现有的封装技术限制在单一的平面上，无法继续朝着每18个月集成度翻番的目标前进，3D芯片被认为是一种解决摩尔定律瓶颈的解决方法，因此3D芯片的需求日益强烈。3D芯片具有更短传输距离、更高性能、更低功耗，逐步受到工程师青睐。但是相关技术的发展遇到越来越多的瓶颈。2014 年起，TSV在一些国际会展上被多次提及，具有很好的发展前景。

而TSV立体集成工艺和设计中有一些关键技术难点，如3D芯片内部的电感耦合方式研究较少，需要提出合适的方法对其进行研究。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明为信号传输特性分析系统，提出了一种基于机器学习的3D芯片信号耦合性分析系统，能够快速准确得到一定尺寸范围内TSV通孔对应的等效电路模型。

本发明采用的技术方案是：一种基于机器学习的3D芯片信号耦合性分析系统，该系统包括TSV通孔3D模型、TSV通孔RLGC等效电路模型以及BP神经网络；

所述TSV通孔3D模型用于得到在不同的TSV通孔的半径、高度以及通孔之间的距离参数下的TSV通孔的S参数，并分别存入S2P文件；

所述TSV通孔RLGC等效电路模型具体为：电路模型两端的Term为S参数仿真中的端口，将两端口对应的点记为A、B，两TSV通孔对称并分别接地，其中一个TSV通孔有两个接地点，记为C、D，另外一个TSV通孔也有两个接地点，记为E、F。两个电容值相同的电容并联后再与PRC以及一个电容串联在A、C两点之间，B、D两点之间和A、E两点之间以及B、F两点之间的电路连接情况与A、C两点之间相同。C、D两点之间串联一个电阻和一个电感。A、B两点之间串联一个电阻和一个电感；TSV通孔RLGC等效电路模型根据S2P 文件得到对应尺寸下的RLGC等效电路的电路参数；

所述TSV通孔的半径、高度以及通孔之间的距离参数作为BP神经网络的输入，RLGC等效电路的电路参数作为BP神经网络的输出，对BP神经网络进行训练，训练后的网络可输出RLGC等效电路的电路参数，根据得到的电路参数进行S参数仿真分析，分析结果即为对应尺寸下TSV通孔3D模型的传输特性。

进一步地，所述TSV通孔为在3D芯片中通过层级之间传输信号的硅通道。

进一步地，所述S2P文件为一种双口网络文件，包含了该网络的S参数。

进一步地，所述的TSV通孔3D模型利用HFSS建立并仿真得到，其设计尺寸参数选取了TSV长度、TSV直径、TSV间距，使用理想导电边界；忽略电频率对材料的影响，使用理想电导体建立模型，仿真频率的设置从0Hz-10GHz。