3D-IC类同轴屏蔽型TSV的热力响应分析及结构优化

硅通孔(TSV)是解决三维集成电路(3D-IC)互连延迟问题的关键技术之一。TSV内部结构的变形失效,大多是由循环温度载荷产生的交变应力引起的。从信号完整性角度考虑,建立了接地TSV形状分别为圆柱形和椭圆柱形的类同轴屏蔽型TSV模型。基于最大Mises应力准则,对比分析了循环温度载荷对2种类同轴屏蔽型TSV热应力-应变的影响及最大应力点的主要失效形式。最后综合考虑TSV的几何参数对导体和凸块危险点Mises应力的影响,对椭圆柱形类同轴屏蔽型TSV结构进行多目标优化,将2种最优结构中2个危险点的Mises应力分别降低15.10%、17.18%和18.89%、6.74%。为提高TSV热可靠性的优化设计提供参考。

异步电动机定子铁心3D等效热路模型研究

根据异步电动机定子铁心磁密分布不均匀的情况和铁心材料的导热特点,以一台7.5 k W强迫风冷异步电动机为例,基于3D热路法绘制了定子铁心的8热源等效热路模型,并利用Motor-CAD电机热路计算软件计算了定子铁心的温度分布。计算结果与采用有限元法相近,证明了该模型的合理性和可行性,对电机温度场的分析和研究具有一定的参考价值。

采用热路方法和三维有限元方法计算三峡水轮发电机三维热网络热阻参数的研究

为采用三维热网络计算三峡水轮发电机温度场,本文给出了一个单元区域的定子铁心段和定子端部的三维非线性热网络结构,分别采用三维有限元方法和热路方法计算了定子铁心段和定子端部各个节点之间的热阻参数,分析了两种方法对于三维热网络热阻参数计算相对误差,认为热网络的节点之间含有绝缘区域的热阻不适用热路法计算,而应采用三维有限元计算。三峡发电机定子热网络中,有近半数的节点之间含有绝缘区域的热阻。且通过对定子端部绕组三维温度分布的计算表明,场参数三维非线性热网络模型计算值比路参数三维非线性热网络模型计算值与三维有限元模型计算值的更接近。因此,有必要采用三维有限元法计算三维热网络的热阻参数。

基于三维芯片热驱动的扫描测试策略

本文针对三维芯片测试,首先提出了一种扫描结构,这种结构考虑了硅通孔(through silicon vias)互连的代价,在有效的降低测试时间的同时,还可以压缩测试激励数据和测试响应;另外在降低温度方面,扫描树结构也有很好的表现.在三维芯片中的热点(hotspot)经常会影响性能和可靠性.接着,本文提出了一种测试向量排序策略,从而避免测试向量可能会导致温度分布不均,有效的降低了三维芯片的温度.实验结果表明,本文提出的扫描树结构要比传统的扫描链结构在峰值温度方面降低了15%.如果在扫描树结构上应用测试排序策略,芯片上峰值温度可以降低超过25%.

三维空间热路模型及其在电动机温度场计算中的应用

基于等效热路模型的温度场计算方法研究受到了广泛的关注,针对运用于电动机温度场计算的三维空间等效热路模型,阐述了热路模型的基本原理,总结了立方体T型、空心圆筒双T型、三维立方体和扇体热路的数学模型。结合热路模型在电动机温度场计算中的应用,探讨了其未来的发展趋势,对电动机温度场的计算及其散热系统的设计具有一定的借鉴意义和参考价值。

考虑峰值温度和TSV数目的三维集成电路芯片的布图规划方法研究

三维集成电路相对于传统的集成电路可以持续并较好地实现高密度和多功能,可以使电路中的一些信号互连缩短,并加快信号的传输速度。三维芯片层间的互连是通过硅通孔来实现的,所采用的垂直堆叠方式会使芯片的功耗密度增加,从而使得发热量急剧增长。本文针对三维电路芯片的工作温度、TSV数目、互连线长度以及芯片面积等因素,研究了一种协同考虑芯片峰值温度和TSV数目的三维芯片布图算法,可以使所设计的三维电路芯片不仅它的峰值温度符合设计规范的要求,而且所使用的TSV数目较少。