三维集成电路中片上的配电网络等效电路制造技术

本发明专利技术公开了一种三维集成电路中片上的配电网络等效电路，主要解决现有技术中金属线寄生参数提取不准确以及未考虑配电网络中地网络影响的问题。其由n层平面配电网络和网络层之间硅通孔TSV组成，每层平面配电网络可划分为数十个片上单元网格，每个片上单元网格包括：电源金属线网格、片上负载和地金属线网格，这三个网络依次相连，其中电源金属线网格和地金属线网格均由九个电感与九个电阻相互连接组成；片上负载由一个电感、一个电阻、两个电容和电流源I组成。本发明专利技术与现有技术相比具有更高的准确度，可用于芯片噪声分析。

【技术实现步骤摘要】
三维集成电路中片上的配电网络等效电路
本专利技术属于电子电路
，特别涉及一种配电网络等效电路，可用于芯片噪声分析。
技术介绍
自从二十世纪六十年代摩尔定律提出以后，整个微电子行业便沿着摩尔定律而发展。如今，微电子芯片的特征尺寸已到达7nm，通过减小特征尺寸从而提高电路密度不但大大提高了成本，更影响了电路的可靠性。因此为了延续甚至超越摩尔定律，由二维平面集成电路向三维集成电路的转变成为了必然的趋势。硅通孔TSV技术是通过在硅片上制作通孔，再往里面填充导电物质，进行芯片之间的互联的一种结构。三维集成电路，即通过硅通孔TSV将多层二维平面芯片垂直互联，构成一块整体的芯片。相较于传统的二维平面芯片，三维集成电路具有封装密度高，功耗低以及工作速率快等特点。片上配电网络，即通过平行于芯片平面，交叉重叠的金属线，对芯片进行供电。而片上的配电网络的等效电路，则可用于分析芯片的噪声以及功耗等方面。HuanyuHe博士曾提出三维集成电路片上的配电网络等效电路，见论文“HeH.QuantitativeAnalysisandModelingof3-DTSV-BasedPowerDeliveryArchitectures[J]Dissertations&Theses–Gradworks,2015.”，其电路结构被总结为图1(a)，它由n层平面配电网络和电源TSV组成，而每个平面配电网络又由数十个片上单元网格组成，片上单元网格的等效电路如图1(b)所示。该等效电路较为粗糙，金属线中提取的寄生参数不够精确，并且没有考虑配电网络中地网络的影响,仿真准确度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种三维集成电路中片上的配电网络等效电路，以精确提供金属线中的寄生参数，将配电网络中的地网络作为影响因素，提高等效电路准确度。实现本专利技术目的的技术关键是：将金属线分为三类进行寄生参数提取，并且额外引入地网络，其整体结构如下：一种三维集成电路中片上的配电网络等效电路，包括其由n层平面配电网络和网络层之间硅通孔TSV组成，每层平面配电网络可划分为数十个片上单元网格，其特征在于：每个片上单元网格包括：电源金属线网格、地金属线网格和片上负载；电源金属线网络、片上负载和地金属线网络依次连接。作为优选，其电源金属线网格由9个电感L1-L9与9个电阻R1-R9相互连接组成，即：第一电感L1、第一电阻R1、第二电感L2和第二电阻R2依次串联；第三电感L3、第三电阻R3、第四电感L4和第四电阻R4依次串联；第五电感L5、第五电阻R5、第六电感L6和第六电阻R6依次串联；第七电感L7、第七电阻R7、第八电感L8和第八电阻R8依次串联；第九电感L9与第九电阻R9串联，且第九电感L9连接到第一电感L1的一端，第九电阻R9连接到第八电感L8的一端。作为优选，其地金属线网格由9个电感L10-L18与9个电阻R10-R18相互连接组成，即:第十一电感L11、第十一电阻R11、第十二电感L12和第十二电阻R12依次串联；第十三电感L13、第十三电阻R13、第十四电感L14和第十四电阻R14依次串联；第十五电感L15、第十五电阻R15、第十六电感L16和第十六电阻R16依次串联；第十七电感L17、第十七电阻R17、第十八电感L18和第十八电阻R18依次串联；第十电感L10与第十电阻R10串联，且第十电感L10连接到第十一电感L11的一端，第十电阻R10连接到第十八电感L18的一端。作为优选，其片上负载包括第十九电感L19、第十九电阻R19、第一电容C1、第二电容C2和电流源I，该第十九电感L19、第十九电阻R19与第二电容C2依次串联连接，作为一条支路，该支路与第一电容C1和电流源I三者并联连接。作为优选，其电源金属线网格中第九电阻R9的一端与片上负载中第十九电感L19的一端互连；其地金属线网格中第十电阻R10的一端与片上负载中第二电容C2的一端互连。本专利技术由于将片上单元网格中的金属线划分为三类进行寄生参数提取，并额外考虑了地网络的影响，与现有技术相比具有更高的准确度。附图说明图1为传统三维集成电路片上配电网络等效电路图；图2为本专利技术的三维集成电路片上配电网络等效电路图；图3为本专利技术中的硅通孔TSV的结构示意图；图4为本专利技术中的硅通孔TSV等效电路图；图5为本专利技术中的平面配电网络示意图；图6为本专利技术中的电源金属线网格等效电路图；图7为本专利技术中的片上负载等效电路图；图8为本专利技术中的地金属线网格等效电路图；图9为本专利技术中的片上单元网格等效电路图；具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进进一步详细的说明。参照图2，本专利技术的三维集成电路片上配电网络等效电路,其由n层平面配电网络和网络层之间的硅通孔TSV组成。参照图3，所述硅通孔TSV是一种由薄绝缘层二氧化硅包裹，用于传输电流的实心圆柱体铜柱。该TSV的等效电路采用T型结构，如图4，其寄生参数TSV的电阻、TSV的电感、TSV的电容和TSV的电导，这些参数采用HFSS软件中的Q3D工具进行如下计算：1.TSV的电阻通过以下公式计算得到：RTSV＝Real(2Z11-(Z12+Z21))式中RTSV是TSV的电阻，Real代表着取实数部分，Z11代表着第一端口自身反馈的Z参数，Z12代表着第一端口到第二端口传递的Z参数，Z21代表着第二端口到第一端口传递的Z参数；2.TSV的电感通过以下公式计算得到：式中LTSV是TSV的电感，Imag代表着取虚数部分，w代表着角速度，其公式为w＝2πf，f代表着电路工作的频率；3.TSV的电容通过以下公式计算得到：式中CTSV是TSV的电容，其他参数如上述；4.TSV的电导通过以下公式计算得到：式中GTSV是TSV的电导，其他参数如上述。所述每层平面配电网络，可划分为数十个片上单元网格，每个片上单元网格的结构是完全相同，其包括：电源金属线网格、地金属线网格和片上负载。电源金属线网络、片上负载和地金属线网络依次连接，如图5所示。参照图6，电源金属线网格由9个电感L1-L9与9个电阻R1-R9相互连接组成，即：第一电感L1、第一电阻R1、第二电感L2和第二电阻R2依次串联；第三电感L3、第三电阻R3、第四电感L4和第四电阻R4依次串联；第五电感L5、第五电阻R5、第六电感L6和第六电阻R6依次串联；第七电感L7、第七电阻R7、第八电感L8和第八电阻R8依次串联；第九电感L9与第九电阻R9串联，且第九电感L9连接到第一电感L1的一端，第九电阻R9连接到第八电感L8的一端。参照图7，片上负载包括第十九电感L19、第十九电阻R19、第一电容C1、第二电容C2和电流源I，该第十九电感L19、第十九电阻R19与第二电容C2依次串联连接，作为一条支路，该支路与第一电容C1和电流源I三者并联连接。参照图8，地金属线网格由9个电感L10-L18与9个电阻R10-R18相互连接组成，即:第十一电感L11、第十一电阻R11、第十二电感L12和第十二电阻R12依次串联；第十三电感L13、第十三电阻R13、第十四电感L14和第十四电阻R14依次串联；第十五电感L15、第十五电阻R15、第十六电感L16和第十六电阻R16依次串联；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维集成电路中片上的配电网络等效电路，包括其由n层平面配电网络和网络层之间硅通孔TSV组成，每层平面配电网络可划分为数十个片上单元网格，其特征在于：每个片上单元网格包括：电源金属线网格、地金属线网格和片上负载；电源金属线网格、片上负载和地金属线网格依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种三维集成电路中片上的配电网络等效电路，包括其由n层平面配电网络和网络层之间硅通孔TSV组成，每层平面配电网络可划分为数十个片上单元网格，其特征在于：每个片上单元网格包括：电源金属线网格、地金属线网格和片上负载；电源金属线网格、片上负载和地金属线网格依次连接。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：电源金属线网格由9个电感L1-L9与9个电阻R1-R9相互连接组成，即：第一电感L1、第一电阻R1、第二电感L2和第二电阻R2依次串联；第三电感L3、第三电阻R3、第四电感L4和第四电阻R4依次串联；第五电感L5、第五电阻R5、第六电感L6和第六电阻R6依次串联；第七电感L7、第七电阻R7、第八电感L8和第八电阻R8依次串联；第九电感L9与第九电阻R9串联，且第九电感L9连接到第一电感L1的一端，第九电阻R9连接到第八电感L8的一端。3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：地金属线网格由9个电感L10-L18与9个电阻R10-R18相互连接组成，即:第十一电感L11、第十一电阻R11、第十二电感L12和第十二电阻R12依次串联；第十三电感L13、第十三电阻R13、第十四电感L14和第十四电阻R14依次串联；第十五电感L15、第十五电阻R15、第十六电感L16和第十六电阻R16依次串联；第十七电感L17、第十七电阻R17、第十八电感L18和第十八电阻R18依次串联；第十电感L...

【专利技术属性】
技术研发人员：董刚，夏逵亮，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61