P-SMCG法在TSV阵列电磁散射特性快速分析中的应用

李 娜,缪 旻

(北京信息科技大学 信息与通信工程学院，北京 100192)

0 引言

近年来，随着电子集成封装技术的快速发展，三维互连技术越来越受到关注。硅通孔(through-silicon via，TSV)具有低密度、低功耗、低时延等优势,是解决高速互连问题的关键。这种垂直互连技术可应用于三维圆片级封装(three-dimensional wafer-level-packaging，3D WLP)、三维系统级封装(three-dimensional system-in-package，3D SIP)、三维堆叠集成(three-dimensional stacked-integration，3D Stacked-IC)、三维芯片系统(three-dimensional system-on-a-chip，SoC)等领域[1]。由于电子产品的工作频率和互连线传输数据速率的提高，大规模TSV阵列在高频条件下对衬底中横向传播的电磁波产生显著的散射，从而产生电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)[2]、串扰、噪声和其他信号完整性等问题[3]。因此，研究硅衬底中基于密集TSV阵列的大规模三维互连网络中的多重散射问题具有重要的意义。

常见的三维集成中通孔结构的电磁建模方法主要有准静态法和离散数值分析方法，前者应用于低频条件，后者应用于高频条件，这些方法通常以散射参数(S参数)为指标来表示信号传输性能的优劣。目前使用比较多的、最简单的建模方法是准静态分析法，文献 [4-5]在该方法的基础上提出了集总参数等效电路模型。该模型在低于20 GHz时全波三维仿真结果与测试结果有较好的一致性，而对于更高频率的散射效应没有精确建模。所以这种方法的精确性和普适性还存在一定缺陷。随着计算机硬件设备性能的大幅提升，时域有限差分法(finite difference time domain，FDTD)、矩量法(method of moments，MOM)、有限元法(finite element method，FEM)[6]以及场—路协同仿真法[7]等数值方法得到了广泛的应用。这些方法可以在高频条件下建立密集TSV的电磁模型，但是仿真需要大量的计算时间。……