[发明专利]一种利用TSV传输线网切换动态调整芯片热分布方法

说明书

本发明公开了一种利用TSV传输线网切换动态调整芯片热分布的方法，动态调整芯片热分布首先建立3D集成电路版图的直角坐标系，在电路中的所有TSV上设置传输线网；对电路进行温度分析，通过比较温度，找到每层芯片非均匀热源的位置并提取位置坐标，通过坐标比对找到重叠热源；启动位于重叠热源中TSV传输线网上的多路开关，将热量分布到位于无重叠热源区域中的TSV上，通过该区域内的TSV一同进行热量传导，直至所有区域内无过热点，完成整个自动切换过程。本发明在不破坏原始电路结构的情况下，解决了3D芯片过热点的问题，让芯片得以在正常的工作温度范围内工作。

技术领域

本发明总体上涉及3D集成电路的设计及制造，更具体地，涉及一种3D集成电路中利用TSV传输线网切换动态调整芯片热分布的方法，属于电路设计领域。

背景技术

摩尔定律自1965年被提出以来，一直卓有成效地指引电子器件技术的发展方向。但随着32nm以下线宽技术的出现，人们日益认识到在单一芯片上集成更高密度的电路和实现更多的功能越来越困难，成本也越来越高，于是出现了“超越摩尔”的呼声。三维(3D)集成技术被认定是超越摩尔定律，持续实现器件小型化、高密度、多功能化的首选解决方案。

3D集成是一种系统级集成结构。在这一结构中，多层平面器件被堆叠起来，并经由硅通孔(TSV)在Z方向连接起来。TSV技术是三维集成的核心，也是最重要的支撑技术，它可以提供芯片到芯片的最短互连、最小焊盘尺寸和最小节距。与其他互连技术先比，TSV具有更好的电性能、更低的功耗、更宽的数据位宽和带宽、更高的互连密度、更小的外形尺寸、更轻的质量，并且它还有望具有更低的成本。但是3D集成也有其局限性。首先，由TSV技术制造的器件，结构较为复杂，电路密度很高，功率密度也随之增加，故热应力和热量管理是必须要考虑的因素。其次，由于TSV技术使得芯片测试和制作工艺更加复杂，3D芯片的成品率下降，因而制作成本比较高。

在影响3D集成电路发展的各种问题中，热管理是一个重要的问题。其中在非均匀热源叠加而产生的过热点作用下，电路温度过高，芯片不能正常工作是3D芯片热管理面临的一个重要挑战。原因在于：在3D集成电路的多数应用中，每层芯片的耗散功率并非均匀分布，相应地，含有TSV的3D集成芯片封装的热性能会有所不同。此外，由于Si材料具有较高的热传导率，在平行于其表面方向上传热很好，但为了获得小外形的3D集成芯片堆叠封装，每层芯片的厚度都必须减薄至50um甚至更薄，因此平行扩散效应将受到超薄芯片的抑制，致使芯片上产生更多的过热点。

基于上述原因，本发明提出一种3D集成电路中利用TSV传输线网切换动态调整芯片热分布方法。通过传输线网的切换，将非均匀热源叠加产生的过热点中的热量进行分布，合理有效的分散热量，降低过热点温度，从而使3D芯片工作在正常温度范围内。

发明内容

本发明的目的在于在原始电路的结构基础上，在电路中所有的TSV上增加一层传输线网，通过传输线网的动态切换，将3D集成芯片中非均匀热源叠加产生的过热点的热量重新分布，降低过热点温度直至过热点不再存在，从而使芯片正常工作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用TSV传输线网切换动态调整芯片热分布的方法，动态调整芯片热分布首先建立3D集成电路版图的直角坐标系，在电路中的所有TSV上设置传输线网；对电路进行温度分析，通过比较温度，找到每层芯片非均匀热源的位置并提取位置坐标，通过坐标比对找到重叠热源；将每个重叠热源的温度与过热点临界温度进行比对，若重叠热源温度高于临界温度，则该重叠热源中存在过热点；依次判断重叠热源中是否存在过热点，若存在，则启动位于重叠热源中TSV传输线网上的多路开关，将热量分布到位于无重叠热源区域中的TSV上，通过该区域内的TSV一同进行热量传导，直至所有区域内无过热点，完成整个自动切换过程。

以下为实现本发明的具体步骤：