本文關鍵詞： 三維集成電路 系統(tǒng)級封裝 硅通孔 電源完整性 鏡像-模式混合算法 高頻電磁串擾 電磁屏蔽結構 去嵌入測試　出處：《浙江大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在集成電路與系統(tǒng)低功耗、高性能和超小型化封裝發(fā)展趨勢下,三維集成電路及其系統(tǒng)級封裝(以下簡稱：三維系統(tǒng)級封裝)已被廣泛的認為具有很大的應用潛能。然而三維系統(tǒng)級封裝比二維封裝結構復雜,導致內部互連電磁干擾益加嚴重。針對現(xiàn)階段三維系統(tǒng)級封裝中互連面臨的高頻電磁干擾問題,本論文著重封裝基板參數(shù)的快速算法優(yōu)化、轉接板的電磁特性精確建模、電磁屏蔽結構設計及去嵌入式測試平臺設計四個方面的創(chuàng)新研究,并取得了以下的成果。1)針對基板封裝垂直互連結構的信號/電源完整性問題,利用解析算法計算電源地平面的地阻抗,提出了新的鏡像算法,提高了高頻段解析算法的收斂速度。在此基礎上,提出了鏡像-模式混合算法,該算法在收斂速度和計算準確度方面優(yōu)于傳統(tǒng)模式算法,在計算資源與速度方面優(yōu)于通用全波算法。基于這種快速算法計算出的地阻抗,本文將帶有互連長線效應和過孔寄生參數(shù)的完整基板回路等效電路模型進行了拓展和驗證。2)針對三維系統(tǒng)級封裝中轉接板內部的硅通孔進行高頻電磁特性精細建模。在硅通孔基本物理等效電路建模的基礎上,引入金屬-氧化層-半導體結構的精細建模方法,進一步提出金屬-半導體結構的應用條件和對應的等效模型。特別是,提出硅轉接板襯底內地TSV和硅襯底有歐姆接觸或肖特基接觸時的高頻等效電路模型。3)基于金屬-半導體直接接觸的精細模型,本文提出利用重摻雜環(huán)結構形成地TSV和硅襯底直接歐姆接觸,實現(xiàn)了提高四端口傳輸線屏蔽效能的目的,改善效果最高可達10dB。進而提出等效電導率區(qū)域建模方法,分析該結構的適用和失效條件。以大規(guī)模陣列TSV為例,提出了地TSV直接接觸硅襯底結構的設計規(guī)范,再進一步提出和利用水平再布線層實驗驗證屏蔽結構設計理念的正確性,并取得了最高可達20dB的串擾噪聲抑制效果。4)本文提出了基于冗余陣列TSV屏蔽結構的精確去嵌入方案,兼容于現(xiàn)有TSV工藝。這種冗余TSV屏蔽結構可顯著減小垂直TSV和水平RDL之間的電磁串擾,仿真結果顯示該方案可提高去嵌入精度達十幾個百分點,具有較高實用性。
[Abstract]:With the development trend of integrated circuit and system with low power consumption, high performance and super miniaturization, Three-dimensional integrated circuits and their system-level packaging (hereinafter referred to as three-dimensional system-level packaging) have been widely considered to have great application potential, but three-dimensional system-level packaging is more complex than two-dimensional packaging structure. This paper focuses on the optimization of the parameters of the substrate and the accurate modeling of the electromagnetic characteristics of the switching board. The paper studies the design of electromagnetic shielding structure and the design of de-embedded test platform, and makes the following achievements. 1) aiming at the signal / power integrity problem of substrates packaging vertical interconnection structure, Based on the calculation of the ground impedance of the ground plane of the power supply, a new mirror image algorithm is proposed, which improves the convergence speed of the analytical algorithm in high frequency band. On the basis of this, a hybrid mirror-mode algorithm is proposed. The proposed algorithm is superior to the conventional mode algorithm in convergence speed and accuracy, and is superior to the universal full-wave algorithm in computing resources and speed. In this paper, the equivalent circuit model of complete substrate circuit with long interconnect effect and parasitic parameters through holes is extended and verified. Based on the basic physical equivalent circuit modeling of silicon through hole, The fine modeling method of metal-oxidation-semiconductor structure is introduced, and the application conditions and corresponding equivalent models of metal-semiconductor structure are proposed. A high frequency equivalent circuit model. 3 based on metal-semiconductor direct contact between TSV and Si substrate with ohmic contact or Schottky contact is proposed. In this paper, the direct ohmic contact between TSV and Si substrate formed by heavily doped ring structure is proposed to improve the shielding efficiency of four-port transmission lines, and the maximum effect can be up to 10 dB. Furthermore, an equivalent conductivity region modeling method is proposed. The application and failure conditions of this structure are analyzed. Taking large-scale array TSV as an example, the design criterion of ground TSV direct contact silicon substrate structure is proposed. Furthermore, the correctness of the design concept of shield structure is verified by horizontal rewiring layer experiment. The crosstalk noise suppression effect of up to 20 dB is achieved. 4) in this paper, an accurate de-embedding scheme based on redundant array TSV shielding structure is proposed. This redundant TSV shield structure can significantly reduce the electromagnetic crosstalk between vertical TSV and horizontal RDL. The simulation results show that the scheme can improve the de-embedding accuracy by more than ten percentage points and has a higher practicability.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN405

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本文編號：1549910