论文部分内容阅读
芯片的三维集成是解决传统芯片尺寸按比例缩小瓶颈的最有潜力的方法之一。它通过垂直互连将芯片进行堆叠，主要的互连方式是硅穿孔(Through SiliconVia(TSV))技术，TSV为不同层的芯片提供电气连接，是电源和信号的传播路径。为了保证芯片系统的性能，需要对TSV的电学模型进行研究，分析其对信号的影响。
本文提出了不同形状TSV寄生参数的统一表达式，分别就TSV的电阻，电感进行了计算。将TSV的寄生电容分为介质层电容与耗尽层电容的并联，介质层电容采用微元电容的方法得到了解析表达式。耗尽层电容的计算比介质层电容的计算复杂得多，文章中详细的分析了影响耗尽层电容的因素，给出了耗尽层电容的表达式。本文中还分析了TSV阵列之间的耦合效应，给出了耦合电感矩阵和电容矩阵的计算方法。公式计算结果与场仿真结果的对比表明，文中提出的公式具有较高的精度，适用于TSV寄生参数的计算。
寄生电参数以一定方式进行连接后可以得到TSV的电学模型，本文以T模型为例对TSV进行了电学建模，给出了模型S参数的结果和场仿真结果的对比。文章还对TSV的高频电感进行了研究，提出了一种2阶RL阶梯的方法来模拟频变的高频电阻效应。文章还使用TSV的模型对信号的时域特性，噪声，时延等性能进行了分析。
文章还给出一种TSV建模的数学方法，通过矢量拟合的方法去逼近TSV的传输函数。得到传输函数极点和留数后，通过RL或者RLC的串联或者并联将极点和留数综合成兼容于SPICE的电路模型，该模型在所综合的频段内具有非常高的精度，特别适用于多TSV阵列的建模。该方法的缺点是综合出来的电路规模与极点的数目密切相关，极点数目的增多会带来电路规模的增大，所以必须在电路规模与精度之间进行折中。