三維芯片熱分析技術(shù)研究.pdf

1、在過(guò)去的幾十年中，CMOS制造技術(shù)按照摩爾定律得到了很大的發(fā)展。然而，隨著芯片功能的增強(qiáng)，二維芯片中包含的功能單元的增多，使得芯片中各器件之間連接的復(fù)雜度顯著的增加，并需要多層連接層來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的連接。制造工藝的發(fā)展并沒(méi)有使得芯片在性能上有很大的提高，主要是受到互連線(xiàn)的約束。為了克服這個(gè)問(wèn)題，提出了三維堆疊芯片。與二維芯片相比，三維芯片將多個(gè)器件層在垂直方向上進(jìn)行堆疊，能夠提供垂直方向上的互連，減少了全局互連線(xiàn)的數(shù)目，縮短了互連線(xiàn)直接的連

2、接長(zhǎng)度。
　　雖然3D技術(shù)具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是熱問(wèn)題使得它看起來(lái)沒(méi)有這么好，主要是因?yàn)槿S芯片存在著嚴(yán)重的散熱問(wèn)題，影響了芯片的性能和可靠性。因此，在實(shí)際的三維芯片的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，要重點(diǎn)考慮芯片的發(fā)熱和散熱問(wèn)題。三維芯片的熱分析是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
　　本文提出了兩種三維芯片的熱模型，并分別針對(duì)這兩種熱分析模型提出了可以快速對(duì)三維芯片進(jìn)行熱分析的方法。
　　對(duì)于規(guī)則熱模型的分析方法為基于兩重快速傅里葉變換(FFT)的

3、三維芯片熱仿真方法，該方法基于三維有限體積元法，利用嵌套的兩重快速傅里葉變換對(duì)有限差分方程進(jìn)行求解，從而得到芯片的溫度分布。數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，該方法比稀疏矩陣直接求解方法快幾十倍，并且由于占用內(nèi)存少，能有效地求解變量數(shù)多達(dá)6×107的三維芯片熱仿真問(wèn)題。但是，該方法受三維芯片熱模型的限制，只能用來(lái)分析三維芯片的規(guī)則熱模型。
　　對(duì)于非規(guī)則熱模型的方法為基于區(qū)域分解方法(DDM)的快速三維芯片熱分析方法。為了準(zhǔn)確地對(duì)三維芯片進(jìn)行熱分析，