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三维集成电路设计,你听说过吗?

院士
2013-11-05 09:29:29     打赏

有这么一本书,简介如下,感兴趣请跟帖,看看我们是不是能够成立个兴趣小组?

 

 

内容简介
在21世纪的前十年结束时,基于三维集成技术的“超越摩尔定律”时代就悄然来临了。具备多个有源器件平面的三维集成电路(3一DIc),有望提供结构紧凑、布线灵活、传输高速化且通道数多的互连结构,从而为Ic设计者们提供突破“互连瓶颈”的有效手段,而且还能够有效集成各种异质材料、器件和信号处理形式,成为三维集成技术发展的主要方向之一。本书是世界上三维集成电路设计方面的第一本专著,既有一定的理论深度,又有较高的可读性。它系统、严谨地阐释了集成电路三维集成的设计技术基础,包括3一DIC系统的工艺、互连建模、设计与优化、热管理、3一D电路架构以及相应的案例研究,提出了可以高效率解决特定设计问题的解决方案,并给出了设计方面的指南。
   本书是一本优秀的技术参考书,适用的读者范围包括:超大规模集成电路(VLSI)设计工程师,微处理器和系统级芯片的设计者以及相关电子设计自动化(EDA)软件的开发者,微机电及微系统集成方面的设计开发者,以及微电子行业中对未来技术走向高度敏感的管理者和投资者。本书也可以作为相关专业研究生的教材和教师的教辅参考书籍。


目录
译丛序
译者序
原书序
致谢
第1章导言
1.1从集成电路到计算机
1.2互连,一位老朋友
1.3三维或垂直集成
 1.3.1三维集成的机遇
 1.3.2三维集成面临的挑战
1.4全书概要
第2章3一D封装系统的制造
2.1三维集成
  2.1.1系统级封装
  2.1.2三维集成电路
2.2单封装系统
2.3系统级封装技术
  2.3.1引线键合式系统级封装
  2.3.2外围垂直互连
  2.3.3面阵列垂直互连
  2.3.4 SiP的壁面金属化
2.4 3一D集成系统的成本问题
2.5小结
第3章3-D集成电路制造技术
3.1单片3一D IC
  3.1.1堆叠3-D IC 
  3.1.2 3-D鳍形场效应晶体管
3.2带硅通孔(TsV)或平面间过孔的3一D Ic
 3.3非接触3一DIc
 ……
第4章 互连预测模型
第5章 3一D Ic物理设计技术
第6章 热管理技术
第7章 双端互连的时序优化
第8章 多端互连的时序优化
第9章 三维电路架构
第10章 案例分析:3一DIc的时钟分配网络
第11章 结论
附录
参考文献


译者序
   
近年来,三维集成技术发展迅猛,成为集成、封装乃至整个半导体行业的热门研究方向。三维集成技术是实现微电子产品向着小型化、高效能、高整合、低功耗及低成本方向发展的关键技术,被业界和学术界认为是决定微电子和微系统领域未来发展的一项核心高技术。译者认为主要价值有三:一是CMOS进入纳米时代后的平面集成难度越来越大,迫切要求新的集成方法解决集成度提高问题;二是越来越先进的功能芯片基于不同工艺线设计制造,再组装成为功能模块,如何将这些功能芯片进行芯片级的高密度高性能集成组装,三维集成可能是最具优势的一种途径;三是随着高性能、多功能微系统的诞生和日益普及,多种传感器和电路芯片间的信号互连通道越来越密、信号传输速度越来越快,三维集成成为解决方案的首选。
国际上大规模开展三维集成技术研究已有十多年的历史。CIS(CMOS Image Sensor)和高容量存储器等基于三维集成的产品显示了巨大的市场价值,但总体上国际三维集成技术的研究仍处于研发的初级阶段。三维集成技术的工艺开发、电路/系统设计以及测试都还没有形成统一的技术标准和规范。特别是3D IC的EDA设计工具也刚刚开始研发,工程化和商业化尚待时日,因此,对于大规模IC的三维集成而言,设计上也存在较大的挑战。
国内从“十一五”开始有组织地进行了三维集成技术的研究开发,多家高校和科研机构已经投入这项研究,包括中芯国际、南通富士通、江阴长电、天水华天等龙头企业,北京大学、清华大学、复旦大学、华中科技大学、东南大学、中科院微电子研究所、中科院微系统所、中科院深圳先进技术研究院等重点科研院所和高等学校。近年来国家重点支持发展半导体和集成电路行业,02国家重大科技专项重点支持了三维集成技术的研究,并取得初步成果。译者所在的北京大学科研团队,开展了TSV(Through Silicon Via)为核心的三维集成工艺研发,完成了四层芯片的TSV叠层工艺开发。在工艺研究的同时,我们深感三维集成设计方法与技术将是未来三维集成的研发重点和难点。本着系统学习和借鉴国际已有成果的思路,我们把目光瞄准了近年出版的国际三维集成专著上。适时地,将三维集成技术归类分析,将主流的三维集成技术及设计方法介绍给本领域的研究者们,对于他们的研究工作应该有很大的指导作用。该书译本的出版,将填补目前国内3-D IC设计研究专著的空白,也体现了机械工业出版社的慧眼卓识。


译者
2012/5/7


原书序
撰写本书的根本原由在于,近年来三维集成电路这一激动人心的新兴技术已经取得了巨大的进步,但尚缺乏一本对三维集成电路设计进行统一阐释的书籍。因此,写作本书的意图,是将三维集成电路设计所涉及的、各不相同却相互依存的诸多研究方向所取得的标志性成果,凝聚为有机的整体并呈现给读者。本书最主要的目标是提出3-D电路的设计方法学;这些方法学将有效地利用三维集成领域蓬勃发展的、日益多样化的制造技术。虽然关注的焦点是设计技术和方法学,但也萃集了制造技术方向的显著进展的相关资料,从而反映了三维集成研究的全貌。
    三维或者垂直集成是提升现代集成电路的性能和拓展其功能的一条令人激动的技术途径。这些能力是三维集成电路所固有的。前一种对性能的增强作用是垂直方向上的互连长度大大缩短所促成的,而后一种增强作用则来源于该技术在一个多平面系统中对不同类型技术的组合能力。还值得注意的是,垂直集成与过去几十年中人们已经开发出的集成电路设计流程具有极为良好的兼容性。虽然也提出过一些其他革命性的技术方案,以试图解决日益增加的有关片上互连的技术难题,但相比之下,三维集成技术仍以其突出的特点显得格外引人注目。
    三维集成技术所提供的机会本质上是无限的,实际的限制源于这些电路的设计和制造方面的专门技术的缺乏。要实现这些复杂的系统,就必须采用先进的制造方法以及新颖的、满足若干抽象层次需求的设计技术,这就需要正确理解层间通信和制造工艺的物理行为特性和机理。本书的中心就是尽力达到这一目标。
 本书的基础是Vasilis Pavlidis 2002至2008年于University of Rochester攻读其博士学位时,在Eby G. Friedman教授指导下所完成的研究工作。作者意识到垂直互连结构在3-D电路中的重要性,因此这些结构便成为本书的中心内容。书中的各教程性的章节致力于阐述这些结构的制造工艺、技术挑战和电学模型。这些垂直方向上的连线不仅作为3-D系统内部的通信介质得到研究,而且也作为热导通路得到了研讨。从这个视角出发,书中阐述了分析垂直互连的电行为特性的新颖和高效率的算法,用于改善异质的三维系统中的信号传输延迟特性。此外,本书还叙述了垂直互连在改善全局信号传输和热特性方面的重要作用。从一个关于3-D电路的案例研究中获得的测量结果,将加深人们对这一关键性的互连结构的物理上的理解和相应提升人们的直觉洞察力。
上述这些短小的垂直连线使得若干种3-D架构成为可能,这些架构将服务于那些以通信能力为核心的电路。书中研讨了3-D系统在通信带宽的拓展、延迟特性的拓展和低功耗化等方面所面临的机遇。书中还讨论了与这些架构相关的解析模型和研究工具。本书的这一部分意图在阐明重要的设计问题的同时,为这些不断在演进的3-D架构的设计提供指导方针。
本书的基本组织结构是“自下而上”式的,以3-D系统的技术和加工方面的内容来作为全书的开篇。最前面的这两章内容涵盖了可用的多种多样的3-D技术以及相应的加工工艺。这些章节展示了3-D电路设计方面可供选用的多种技术选项。基于这些技术以及一个先验性的互连模型,对3-D电路的功能进行了预测。3-D电路的物理设计方法,作为本书的核心,在接下来的8章中进行了阐释。由于3-D系统具有多平面结构这一本质特征,故诸如布局和布线等设计工作的复杂性更高,书中对此进行了评述。本书提供了应对如此水平的复杂性的有效方法。本书探讨了推广至多目标方法学的问题,其中以热学问题作为一个主要的参考点。由于垂直互连在3-D电路中既可能起到阻碍作用,也可能起到建设性作用,因此对利用这些互连特性的各种不同设计方法也进行了详尽的讨论。书中特别以3-D电路中重要的垂直互连结构硅通孔为重点进行了讨论。各种各样的3-D电路架构,如处理器和内存系统,FPGA和片上网络得到了讨论。作者探讨了片上网络和FPGA的各种不同3-D布局。书中对新颖的算法以及精确的延迟与功耗模型进行了评述。作者也探讨了时钟同步这一重要的论题,力图解决在多平面电路中分配时钟信号时遇到的种种挑战。从一款实际制造的3-D电路上获得的试验结果,则可以让读者对这一全局信号分配问题有一个直观认识。
    三维集成是一种具有巨大潜力的技术,它可望将半导体路线图向前延伸数代。性能和功能度的提升这一当前和未来集成系统的关键性要求,而3-D技术中的第三个维度为满足这个要求提供了无可比拟的机遇。在过去的十年间,3-D电路的制作已经取得了相当大的进展,然而3-D电路的设计方法学,却明显落后于技术方面的进展。本书力图弥合这一差距,增强3-D电路的设计能力,同时也关注了这一新兴半导体技术的制造工艺的方方面面。

 
致   谢
作者对Democritus University of Thrace 的Dimitrios Soudris教授对第9章作出的重要贡献表示感谢。作者也对美国国家自然科学基金的Sankar Basu博士表示谢意。没有他的支持,本研究中的许多工作是不可能完成的。
作者还感谢MIT Lincoln实验室为3-D测试电路提供的代加工方面的支持,具体地说,要感谢该实验室的Chenson Chen 博士和Bruce Wheeler博士在第二次多项目流片中提供的帮助。我们还要对University of Rochester的Yunliang Zhu、Lin Zhang和Hui Wu教授在对3-D电路的测试方面提供的帮助表示感谢。我们特别要感谢Nopi Pavlidou为本书封面所做的创造性的设计。最后要提及的是,没有Charles Glaser的不断支持和鼓励,本书是无法完成的,他赞赏本书的想法并激励我们完成了整个写作过程。多谢了!
本书所呈现的研究工作的各部分分别得到了美国国家自然科学基金(资助合同号CCF-0541206)、纽约州科技处(New York State Office of Science)、电子成像系统先进技术中心技术与学术研究部(Technology & Academic Research to the Center for Advanced Technology in Electronic Imaging Systems)以及Intel公司、Eastman Kodak公司和Freescale 半导体公司提供的经费资助。

Vasilis F. Pavlidis and Eby G. Friedman
Rochester, New York

 


专家
2013-11-05 09:46:14     打赏
2楼
这个给力了。可惜没有学过任何工艺设计。成立小组了,第一个报名!

专家
2013-11-05 11:09:40     打赏
3楼
工艺很重要,可惜呀。...

院士
2013-11-05 11:43:04     打赏
4楼
看了王老师写的介绍,感觉这个有点- -啊,对IC 设计人员作用大一些吧。了解一下技术发展的前沿也是有好处的,下载了学学。

专家
2013-11-05 11:53:03     打赏
5楼
我司某些同事可能需要

高工
2013-11-05 11:57:41     打赏
6楼
这个还是头一回听说

高工
2013-11-05 20:55:48     打赏
7楼
这个Nb的有点大,IC设计

专家
2013-11-06 10:45:00     打赏
8楼
以后会不会发展到3D打印电路板呢?连同各种元器件都一并打印出来得了

高工
2013-11-06 11:17:25     打赏
9楼
我上学的时候学习过集成电路设计软件,都是两位平面,三维的还真是第一次听说过,兴趣中ing

高工
2013-11-06 11:42:15     打赏
10楼
听说ibm已经有些成果了。 兴趣小组可以有,不过没有芯片出来,很枯燥的。 现在流一次片比开一次板贵多了,不是一般公司舍得投资的。 要是什么时候流片和开板价格一样大众化,情况就不一样了。

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