3D堆叠芯片硅通孔的电-热-力耦合构形设计

作者：关潇男; 谢志辉; 南刚; 冯辉君; 戈延林

来源：半导体技术, 2021, 46(08): 650-657.

DOI：10.13290/j.cnki.bdtjs.2021.08.012

• 构形理论
• ■理论
• 3D堆叠芯片
• 多物理场耦合
• 硅通孔(TSV)

建立了3D堆叠芯片硅通孔(TSV)单元体模型,在单元体总体积和TSV体积占比给定时,考虑电-热-力耦合效应,以最高温度、■耗散率、最大应力和最大形变为性能指标,对TSV横截面长宽比和单元体横截面长宽比进行双自由度构形设计优化。结果表明,存在最佳的TSV横截面长宽比使得单元体的最高温度、■耗散率和最大应力取得极小值,但对应不同优化目标的最优构形各有不同,且TSV两端电压和芯片发热功率越大,其横截面长宽比对各性能指标的影响越大。铜、铝、钨3种材料中,钨填充TSV的热学和力学性能最优,但其电阻率较大。铜填充时,4个指标中最大应力最敏感,优先考虑最大应力最小化设计需求以确定TSV几何参数,可以较好兼顾其他性能指标。

• 单位
  武汉工程大学; 中国人民解放军海军工程大学; 机电工程学院