3D堆叠芯片硅通孔的电-热-力耦合构形设计

建立了3D堆叠芯片硅通孔(TSV)单元体模型,在单元体总体积和TSV体积占比给定时,考虑电-热-力耦合效应,以最高温度、(火积)耗散率、最大应力和最大形变为性能指标,对TSV横截面长宽比和单元体横截面长宽比进行双自由度构形设计优化.结果表明,存在最佳的TSV横截面长宽比使得单元体的最高温度、(火积)耗散率和最大应力取得极小值,但对应不同优化目标的最优构形各有不同,且TSV两端电压和芯片发热功率越大,其横截面长宽比对各性能指标的影响越大.铜、铝、钨3种材料中,钨填充TSV的热学和力学性能最优,但其电阻率较大.铜填充时,4个指标中最大应力最敏感,优先考虑最大应力最小化设计需求以确定TSV几何参数,可以较好兼顾其他性能指标.