３次元ＬＳＩデバイス積層システムにおける放熱を考慮したＬＳＩデバイス設計技術の研

3D LSI器件堆叠系统中考虑散热的LSI器件设计技术研究

• 批准号: 14F04917
• 负责人: 青柳 昌宏
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04917/
• 关键词: 3次元LSI; デバイス積層; 放熱; LSI設計; シリコン貫通電極; 微細バンプ

CMOSデバイスのLSI製造ファンドリを利用して試作したテストLSIデバイスに対して、薄型加工とともに、デバイス面から裏面にシリコン基板を貫通する微細なシリコン貫通電極TSVを形成して、それら複数の薄型デバイスを3次元的に積層し、1000-5000程度の微細ピッチ金属バンプにより薄型デバイス間を電気接続することで、超低消費電力で高機能処理を可能とする高性能3次元LSI積層システム技術の研究開発を行った。具体的には、3次元LSI積層対応のLSIデバイス設計技術および発熱分散を考慮した3次元LSI積層デバイスシステム設計技術の開発を進めて、積層デバイス間の大容量通信を可能とする多ピン微細バンプ接続方式と局所発熱を緩和できる高熱伝導ヒートスプレッド構造を融合させた3次元LSIデバイス積層プロトタイプシステムの基本設計を実施した。プロトタイプシステムの具体化については、まず、基本回路の発熱・放熱状況を検証するTEGデバイスを設計して、試作したデバイスを用いて放熱特性の基礎評価を実施して、電気特性と発熱・放熱特性の相関関係を明らかし、その知見に基づいて、積層後の接続電気検査機能も同時に実現可能な積層デバイス間インターフェース通信回路を含むプロトタイプシステムについて、設計・試作・評価を進め、検査機能の実証、発熱・放熱特性の実測などを達成した。本研究成果については、学術論文誌への投稿論文1件（掲載済）、国際会議での口頭発表４件を実施した。

使用CMOS器件的LSI制造代工厂原型测试LSI器件，并对其进行薄型化，并形成从器件表面贯穿硅衬底至背面的精细硅通孔TSV，并且对这些多个薄型器件进行了研究。开发了高性能3D LSI堆叠系统技术，通过三维堆叠器件并通过金属凸块电连接薄型器件，实现超低功耗的高性能处理，其细间距约为1000-5000。具体来说，我们将开发支持3D LSI堆叠的LSI器件设计技术和考虑散热的3D LSI堆叠器件系统设计技术，并开发可实现堆叠器件之间大容量通信的多引脚微凸块。三维LSI器件堆叠原型系统的示意图，该系统结合了连接方法和高导热散热结构，可以减轻局部发热。为了实现原型系统，我们首先设计了TEG器件来验证基本电路的发热和散热状态，使用原型器件对散热特性进行了基本评估，并对电气特性和发热进行了评估基于这些知识，我们将继续设计、原型制作和评估原型系统，该原型系统包括堆叠器件之间的接口通信电路，该电路还可以同时执行层后连接电气检查功能。测量发热和散热特性。该研究成果已向学术期刊提交一篇论文（已出版），并在国际会议上进行四次口头报告。

项目成果

Sensitivity of the Thermal Profile of Bump-Bonded 3D Systems to Inter-die Bonding Layer Properties

凸点接合 3D 系统的热分布对芯片间接合层特性的敏感性

• 发表时间: 2015
• 期刊: Proceedings of IEEE CPMT Symposium Japan 2015
• 作者: Melamed Samson;菊地 克弥;青柳 昌宏
• 通讯作者: 青柳 昌宏

Investigation of Effects of Metalization on Heat Spreading in Bump-Bonded 3D Systems

研究金属化对凸点接合 3D 系统中热扩散的影响

• 发表时间: 2015
• 期刊: Proceedings of IEEE 3DIC International 3D Systems Integration Conference 2015
• 作者: Melamed Samson;菊地 克弥;青柳 昌宏
• 通讯作者: 青柳 昌宏

Method for Back-Annotating Per-Transistor Power Values onto #DIC Layouts to Enable Detailed Thermal Analysis

将每个晶体管功率值反向标注到的方法

• 发表时间: 2014
• 期刊: 2014 International Conference on Electronics Packaging (ICEP)
• 作者: Melamed Samson;居村 史人;青柳 昌宏;仲川 博;菊地 克弥;萩本 有哉;松本 祐教
• 通讯作者: 松本 祐教

半導体装置、インターポーザ及びその製造方法

半导体器件、中介层及其制造方法

• 发表时间: 2014

Investigation of Effects of Die Thinning on Central TSV Bus Driver Thermal Performance

芯片减薄对中央 TSV 总线驱动器热性能影响的研究

• 发表时间: 2014
• 期刊: 2014 International Workshop on Thermal Investigations of IC's and Systems and Electronics Engineers
• 作者: Melamed Samson;居村 史人;青柳 昌宏;仲川 博;菊地 克弥;萩本 有哉;松本 祐教
• 通讯作者: 松本 祐教