CC-RTSV: Cross-Cellular Based Redundant TSV Design for 3D ICs

2019 ◽  
Vol 29 (11) ◽  
pp. 2050144
Author(s):  
Tianming Ni ◽  
Yue Shu ◽  
Hao Chang ◽  
Lin Lu ◽  
Guangzhen Dai ◽  
...  
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Cost Effective ◽  
Bonding Process ◽  
High Yield ◽  
Repair Rate ◽  
3D Ics ◽  
Simulation Results ◽  
Silicon Vias

Due to the winding level of the thinned wafers and the surface roughness of silicon dies, the quality of through-silicon vias (TSVs) varies during the fabrication and bonding process. If one TSV exhibits a defect during its manufacturing process, the probability of multiple defects occurring in the TSVs neighboring increases the faulty TSVs (FTSV), i.e., the TSV defects tend to be clustered which significantly reduces the yield of three-dimensional integrated circuits (3D-ICs). To resolve the clustered TSV faults, router-based and ring-based redundant TSV (RTSV) architecture were proposed. However, the repair rate is low and the hardware overhead is high. In this paper, we propose a novel cross-cellular based RTSV architecture to utilize the area more efficiently as well as to maintain high yield. The simulation results show that the proposed architecture has higher repair rate as well as more cost-effective overhead, compared with router-based and ring-based methods.

scholarly journals System-on-chip testing

2019 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτης Γεωργίου
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Rectangle Packing ◽  
3D Ics ◽  
Systems On Chip ◽  
Self Test ◽  
Chip Testing ◽  
On Chip ◽  
Silicon Vias ◽  
Access Mechanisms

Διανύουμε ήδη την εποχή του "Ίντερνετ των Πραγμάτων". Οι κοινές συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά, συνδέονται μεταξύ τους και γίνονται "εξυπνότερες" με ραγδαίους ρυθμούς. Σε κάθε τέτοια συσκευή βρίσκεται ένα Σύστημα σε Ολοκληρωμένο (Systems-On-Chip ή SoC). Το SoC εξελίσσεται συνεχώς, για να ικανοποιηθούν οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της νέας εποχής. Τα τρι-διάστατα ολοκληρωμένα κυκλώματα (three-dimensional integrated circuits - 3D-ICs) είναι μια υποσχόμενη λύση για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις τις νέας εποχής και φαίνεται να εξασφαλίζουν τη συνέχιση του Νόμου του Moore στο άμεσο μέλλον. Τα 3D-ICs πετυχαίνουν υψηλότερη πυκνότητα πυλών και καλύτερη απόδοση από τα συμβατικά SoC και μειώνουν το κόστος διασύνδεσης και κατανάλωσης. Πρόσφατα, οι κατασκευαστικές εταιρείες ολοκληρωμένων συστημάτων κυκλοφόρησαν προϊόντα βασισμένα σε 3D-ICs. Η έρευνα αυτή εστιάζει στην ανάπτυξη νέων αρχιτεκτονικών μηχανισμού πρόσβασης ελέγχου (Test Access Mechanisms - TAMs) και νέων μεθόδων χρονοπρογραμματισμού ελέγχου ορθής λειτουργίας για 3D-SoCs, οι οποίες εκμεταλλεύονται την υψηλή ταχύτητα που προσφέρουν οι ειδικές κάθετες διασυνδέσεις μέσω-πυριτίου (Through Silicon Vias - TSVs), ενώ η κατανάλωση ισχύος και η θερμότητα πρέπει να διατηρηθούν κάτω από ορισμένα επίπεδα. Εισάγουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM για 3D SoCs, η οποία ελαχιστοποιεί το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας, το πλήθος των TSVs και τις γραμμές της αρχιτεκτονικής TAM που χρησιμοποιούνται για να μεταφερθούν τα δεδομένα ελέγχου. Ο χρονοπρογραμματισμός του ελέγχου ορθής λειτουργίας υπολογίζεται από μία αποδοτική μέθοδο χρονικής πολυπλεξίας και μία πολύ αποδοτική μέθοδο βελτιστοποίησης που βασίζεται στους αλγορίθμους rectangle-packing και simulated-annealing. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν έως και 9.6 φορές εξοικονόμηση στο χρόνο ελέγχου με την προτεινόμενη μέθοδο, ειδικά κάτω από αυστηρά όρια για την κατανάλωση ισχύος και τη θερμότητα. Η προηγούμενη μέθοδος είναι συμβατή μόνο με TAMs που βασίζονται σε αρτηρίες (buses), οι οποίες απαιτούν διασυνδέσεις μεγάλου μήκους και πολλά buffers σε κάθε επίπεδο του 3D-IC, επομένως δεν καταφέρνουν να εκμεταλλευτούν πλήρως τις υψηλές συχνότητες των TSVs. Προτείνουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM βασισμένη στη χρονική πολυπλεξία, που χρησιμοποιεί σειριακές αλυσίδες (daisy-chains) για να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς της προηγούμενης μεθόδου. Η μέθοδος αυτή προσφέρει μεγαλύτερα κέρδη όσον αφορά το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και το κόστος διασύνδεσης. Η έρευνα αυτή εστιάζει στη βελτίωση ανίχνευσης σφαλμάτων συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς για υψηλότερη υπολογιστική απόδοση σε μικρότερο κόστος και χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος, οδηγεί τους κατασκευαστές στην ανάπτυξη νέων μικροεπεξεργαστών, που εισάγουν νέες προκλήσεις στον έλεγχο συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Η ανάγκη ελέγχου των συσκευών αυτών κατά τη διάρκεια της κανονικής τους λειτουργίας, επιβάλλουν τη συμπληρωματική χρήση μεθόδων ελέγχου που δεν επηρεάζουν τη λειτουργία, όπως ο «αυτοέλεγχος βασισμένος σε λογισμικό» (Software-Based Self-Test - SBST). Οι περισσότερες τεχνικές SBST στοχεύουν μόνο το μοντέλο σφαλμάτων stuck-at, που δεν αρκεί για την ανίχνευση πολλών σφαλμάτων. Επίσης, οι τεχνικές SBST απαιτούν εκτενή ανθρώπινη ενασχόληση με μεγάλους χρόνους ανάπτυξης των προγραμμάτων ελέγχου. Επιπλέον, περιλαμβάνουν την κοστοβόρα, από άποψη υπολογιστική ισχύος, εξομοίωση σφαλμάτων SoCs με εκατομμύρια πύλες για εκατομμύρια κύκλους ρολογιού, χρησιμοποιώντας πολλαπλά μοντέλα σφαλμάτων και εξειδικευμένους λειτουργικούς εξομοιωτές. Εισάγουμε την πρώτη μέθοδο που δεν μεροληπτεί υπέρ κάποιου συγκεκριμένου μοντέλου σφαλμάτων. Η μέθοδος αυτή προσφέρει σύντομο χρόνο δημιουργίας προγραμμάτων ελέγχου, υπό αυστηρό περιορισμό στο χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και στο μέγεθος των προγραμμάτων ελέγχου. Τα προγράμματα ελέγχου αξιολογούνται από μία νέα αποδοτική πιθανοτική μέθοδο SBST, εκμεταλλευόμενη την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή, καθώς και τη netlist του επεξεργαστή σε επίπεδο πυλών που έχει προκύψει από σύνθεση. Η προτεινόμενη μετρική που βασίζεται στα output deviations είναι πολύ γρήγορη καθώς δεν απαιτεί τη χρονοβόρα διαδικασία της εξομοίωσης σφαλμάτων και μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε μέθοδο που βασίζεται στην τεχνική SBST.

Electrical Interconnect and Microfluidic Cooling Within 3D ICs and Silicon Interposer

2014 ◽  
Author(s):  
Hanju Oh ◽  
Yue Zhang ◽  
Li Zheng ◽  
Muhannad S. Bakir
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Thermal Gradient ◽  
Heat Dissipation ◽  
Three Dimensional ◽  
Heat Removal ◽  
3D Ic ◽  
Significant Challenge ◽  
3D Ics ◽  
Silicon Vias ◽  
First Time

Heat dissipation is a significant challenge for three-dimensional integrated circuits (3D IC) due to the lack of heat removal paths and increased power density. In this paper, a 3D IC system with an embedded microfluidic cooling heat sink (MFHS) is presented. In the proposed 3D IC system, high power tiers contain embedded MFHS and high-aspect ratio (23:1) through-silicon-vias (TSVs) routed through the integrated MFHS. In addition, each tier has dedicated solder-based microfluidic chip I/Os. Microfluidic cooling experiments of staggered micropin-fins with embedded TSVs are presented for the first time. Moreover, the lateral thermal gradient across a chip is analyzed with segmented heaters.

Scanning Electron Microscopy in Hybrid Microelectronics

1976 ◽  
Vol 34 ◽  
pp. 456-457
Author(s):  
S. Khadpe ◽  
R. Faryniak
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Thick Film ◽  
Integrated Circuit ◽  
Failure Modes ◽  
Three Dimensional ◽  
Circuit Components ◽  
Hybrid Microcircuit ◽  
Electrical Connections ◽  
Scanning Electron

The Scanning Electron Microscope (SEM) is an important tool in Thick Film Hybrid Microcircuits Manufacturing because of its large depth of focus and three dimensional capability. This paper discusses some of the important areas in which the SEM is used to monitor process control and component failure modes during the various stages of manufacture of a typical hybrid microcircuit.Figure 1 shows a thick film hybrid microcircuit used in a Motorola Paging Receiver. The circuit consists of thick film resistors and conductors screened and fired on a ceramic (aluminum oxide) substrate. Two integrated circuit dice are bonded to the conductors by means of conductive epoxy and electrical connections from each integrated circuit to the substrate are made by ultrasonically bonding 1 mil aluminum wires from the die pads to appropriate conductor pads on the substrate. In addition to the integrated circuits and the resistors, the circuit includes seven chip capacitors soldered onto the substrate. Some of the important considerations involved in the selection and reliability aspects of the hybrid circuit components are: (a) the quality of the substrate; (b) the surface structure of the thick film conductors; (c) the metallization characteristics of the integrated circuit; and (d) the quality of the wire bond interconnections.

Quality Improvement of the DNA extracted by boiling method in Gram negative bacteria

2017 ◽  
Vol 6 (04) ◽  
pp. 5347 ◽  
Author(s):  
Omar B. Ahmed* ◽  
Anas S. Dablool
Keyword(s):  
Dna Extraction ◽  
Control Method ◽  
Extraction Procedure ◽  
Cost Effective ◽  
High Yield ◽  
Gram Negative Bacteria ◽  
Bacterial Dna ◽  
Gram Negative ◽  
E Coli

Several methods of Deoxyribonucleic acid (DNA) extraction have been applied to extract bacterial DNA. The amount and the quality of the DNA obtained for each one of those methods are variable. The study aimed to evaluate bacterial DNA extraction using conventional boiling method followed by alcohol precipitation. DNA extraction from Gram negative bacilli was extracted and precipitated using boiling method with further precipitation by ethanol. The extraction procedure performed using the boiling method resulted in high DNA yields for both E. coli and K. pneumoniae bacteria in (199.7 and 285.7μg/ml, respectively) which was close to control method (229.3 and 440.3μg/ml). It was concluded that after alcohol precipitation boiling procedure was easy, cost-effective, and applicable for high-yield quality of DNA in Gram-negative bacteria.

Development of Backside Buried Metal Layer Technology for 3D-ICs

2019 ◽  
Vol 2019 (1) ◽  
pp. 000268-000273
Author(s):  
Naoya Watanabe ◽  
Yuuki Araga ◽  
Haruo Shimamoto ◽  
Katsuya Kikuchi ◽  
Makoto Nagata
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Metal Layer ◽  
Three Dimensional ◽  
Chip Thickness ◽  
Power Delivery ◽  
Silicon Structure ◽  
Metal Insulator ◽  
3D Ics ◽  
Power Delivery Network ◽  
Global Power

Abstract In this study, we developed backside buried metal (BBM) layer technology for three-dimensional integrated circuits (3D-ICs). In this technology, a BBM layer for global power routing is introduced in the large vacant area on the backside of each chip and is parallelly connected with the frontside routing of the chip. The resistances of the power supply (VDD) and ground (VSS) lines consequently decrease. In addition, the BBM structure acts as a decoupling capacitor because it is buried in the Si substrate and has metal–insulator–silicon structure. Therefore, the impedance of power delivery network can be reduced by introducing the BBM layer. The fabrication process of the BBM layer for 3D-ICs was simple and compatible with the via-last through-silicon via (TSV) process. With this process, it was possible to fabricate the BBM layer consisting of electroplated Cu (thickness: approximately 10 μm) buried in the backside of the CMOS chip (thickness: 43 μm), which was connected with the frontside routing of the chip using 9 μm-diameter TSVs.

Low Temperature Boron Activation in Amorphous Germanium for Three Dimensional Integrated Circuits (3D-ICs) using Ni-induced Crystallization

2019 ◽  
Vol 16 (10) ◽  
pp. 909-916
Author(s):  
Jin-Hong Park ◽  
Munehiro Tada ◽  
Hyun-Yong Yu ◽  
Duygu Kuzum ◽  
Yeul Na ◽  
...  
Keyword(s):  
Low Temperature ◽  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Amorphous Germanium ◽  
3D Ics ◽  
Induced Crystallization

Fast Thermal Analysis of Vertically Integrated Circuits (3-D ICs) Using Power Blurring Method

2009 ◽  
Author(s):  
Je-Hyoung Park ◽  
Ali Shakouri ◽  
Sung-Mo Kang
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Power Dissipation ◽  
Three Dimensional ◽  
Computation Time ◽  
Maximum Error ◽  
3D Ic ◽  
Additional Advantage ◽  
3D Ics ◽  
Ic Technology ◽  
Power Blurring

CMOS VLSI technology has been facing various technical challenges as the feature sizes scale down. To overcome the challenges imposed by the shrink of the conventional on-chip interconnect system in IC chips, alternative interconnect technologies are being developed: one of them is three dimensional chips (3D ICs). Even though 3D IC technology is a promising solution for interconnect bottlenecks, thermal issues can be exacerbated. Thermal-aware design and optimization will be more critical in 3D IC technology than conventional planar IC technology, and hence accurate temperature profiles of each active layer will become very important. In 3D ICs, temperature profile of one layer depends not only on its own power dissipation but also on the heat transferred from other layers. Thus, thermal considerations for 3D ICs need to be done in a holistic manner even if each layer can be designed and fabricated individually. Conventional grid-based temperature computation methods are accurate but are computationally expensive, especially for 3D ICs. To increase computational efficiency, we developed a matrix convolution technique, called Power Blurring (PB) for 3D ICs. The temperature resulting from any arbitrary power dissipation in each layer of the 3D chip can be computed quickly. The PB method has been validated against commercial FEA software, ANSYS. Our method yields good results with maximum error less than 2% for various case studies and reduces the computation time by a factor of ∼ 60. The additional advantage is the possibility to evaluate different power dissipation profiles without the need to re-mesh the whole 3D chip structure.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document