《銅矽通孔熱-電-磁特性及濾波器套用》是依託西安電子科技大學，由李躍進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：銅矽通孔熱-電-磁特性及濾波器套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李躍進
- 依託單位：西安電子科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目研究套用於三維積體電路中不同形狀和結構的銅TSV建模、電磁特性、熱特性分析以及TSV的微波、毫米波特性等內容。針對空氣隙與重摻雜薄層矽兩種不同絕緣層結構的TSV模型，考慮TSV的直徑、深寬比、形狀、數量以及耦合等因素，建立包含溫度效應的空氣隙與重摻雜薄層TSV的解析模型，研究幾何參數和溫度對TSV電熱特性的影響。基於提出的TSV解析模型，研究由不同晶片層上的互連線與TSV構成的三維高速信號通道的信號完整性問題，分析幾何參數和材料特性對信號通道的微波、毫米波特性的影響 ，提出降低信號反射的技術方案。基於獲得的TSV解析模型，綜合晶片上其它無源器件，研究三維片上濾波器實現技術，為空氣隙TSV與重摻雜薄層矽TSV技術套用於未來三維積體電路設計提供必要的理論基礎。
結題摘要
基於矽通孔的三維積體電路互連技術，將具有不同功能的異質晶片垂直堆疊在一起以實現三維互連，能夠大幅度的降低全局互連線的長度、互連延遲、各種寄生效應以及功耗等。考慮到TSV對3D IC的重要性，新型TSV結構及特性研究變得非常重要。本項目提出了空氣隙同軸TSV，在考慮了金屬-絕緣體-半導體結構、襯底渦流損耗、電流趨膚效應以及溫度的影響後，求得了此結構的寄生參數，並建立了考慮溫度效應的等效電路，模型可以模擬100MHz到100GHz的傳輸情況，適用範圍較廣。 提出了考慮鍵合凸點的GS(Ground-Signal, GS)型TSV，構建了寬頻帶等效電路模型。結合TSV的物理結構模型，綜合考慮高頻傳輸中的趨膚效應、TSV金屬導體和矽襯底之間形成的金屬-氧化物-半導體效應、鍵合凸點引入的寄生效應、矽襯底的渦流損耗以及臨近效應，提取了等效阻抗和等效導納參數，構建了π型等效電路模型。提出了包含微凸塊（Bump）的TSV以及RDL結構，充分考慮了TSV信號通道中各部分的耦合效應，提取出了電阻、電感、電容、電導（RLCG）等眾多寄生參數，並且結合TSV信號通道的三維模型結構，給出了等效電路模型。根據不同的RDL互連線長度，可以分別使用不同的等效電路模型。 依據矩形波導的傳輸特，提出了濾波器模型結構與矩形波導的尺寸等效關係，並在三維電磁仿真軟體HFSS中構建了耦合諧振帶通濾波器設計參數的提取模型，通過仿真分析給出了單腔諧振頻率、電磁耦合係數、單腔雙模腔體尺寸及耦合係數、連線埠過渡結構及其外部品質因數隨各自模型參數的變化曲線。根據計算得出的耦合矩陣，在HFSS中建立了單層直線型濾波器、單層摺疊型濾波器和多層摺疊型濾波器仿真模型，且均為一般Chebyshev特性回響的非交叉耦合濾波器，並建立了單層雙模濾波器和具有廣義Chebyshev特性回響的多層摺疊型交叉耦合濾波器模型，且在濾波器的通帶兩側均有傳輸零點，提高了帶外抑制能力。 本項目為基於矽通孔的矽基可配置微波濾波器以及高速三維積體電路的發展與套用提供了必要的理論和技術基礎。
