华斯利斯编著的《三维集成电路设计》是世界上三维集成电路设计方面的第一本专著，既有一定的理论深度。又有较高的可读性。

书中系统、严谨地阐释了集成电路三维集成的设计技术基础，包括3D IC系统的工艺、互连建模、设计与优化、热管理、3D电路架构以及相应的案例研究，并提出了可以高效解决特定设计问题的解决方案，并给出了设计方面的指南。

本书是一本优秀的技术参考书，可供VLSI设计工程师、微处理器和系统级芯片的设计者以及相关EDA软件的开发者、微机电及微系统集成方面的设计开发者、以及微电子行业中对未来技术走向高度敏感的管理者和投资者使用。本书也可以作为相关专业研究生的教材和教师的教辅参考书籍。

本书由我国半导体行业的资深专业人士翻译和审校。译文准确顺畅，可读性好。

在21世纪的前十年结束时，基于三维集成技术的“超越摩尔定律”时代就悄然来临了。具备多个有源器件平面的三维集成电路(3-D IC)，有望提供结构紧凑、布线灵活、传输高速化且通道数多的互连结构，从而为IC设计者们提供突破“互连瓶颈”的有效手段，而且还能够有效集成各种异质材料、器件和信号处理形式，成为三维集成技术发展的主要方向之一。华斯利斯编著的《三维集成电路设计》是世界上三维集成电路设计方面的第一本专著，既有一定的理论深度，又有较高的可读性。它系统、严谨地阐释了集成电路三维集成的设计技术基础，包括3-D IC系统的工艺、互连建模、设计与优化、热管理、3-D电路架构以及相应的案例研究，提出了可以高效率解决特定设计问题的解决方案，并给出了设计方面的指南。

《三维集成电路设计》是一本优秀的技术参考书，适用的读者范围包括：超大规模集成电路(VLSI)设计工程师，微处理器和系统级芯片的设计者以及相关电子设计自动化(EDA)软件的开发者，微机电及微系统集成方面的设计开发者，以及微电子行业中对未来技术走向高度敏感的管理者和投资者。本书也可以作为相关专业研究生的教材和教师的教辅参考书籍。

译丛序

译者序

原书序

致谢

第1章 导言1

1.1 从集成电路到计算机2

1.2 互连，一位老朋友4

1.3 三维或垂直集成6

 1.3.1 三维集成的机遇6

 1.3.2 三维集成面临的挑战7

1.4 全书概要9

第2章 3-D封装系统的制造12

2.1 三维集成12

 2.1.1 系统级封装13

 2.1.2 三维集成电路13

2.2 单封装系统14

2.3 系统级封装技术17

 2.3.1 引线键合式系统级封装17

 2.3.2 外围垂直互连18

 2.3.3 面阵列垂直互连20

 2.3.4 SiP的壁面金属化21

2.4 3-D集成系统的成本问题22

2.5 小结24

第3章 3-D集成电路制造技术25

3.1 单片3-D IC26

 3.1.1 堆叠3-D IC26

 3.1.2 3-D鳍形场效应晶体管31

3.2 带硅通孔(TSV)或平面间过孔的3-D IC32

3.3 非接触3-D IC36

 3.3.1 电容耦合3-D IC36

 3.3.2 电感耦合3-D IC37

3.4 3-D集成电路垂直互连38

3.5 小结42

第4章 互连预测模型44

4.1 2-D电路的互连预测模型44

4.2 3-D IC的互连预测模型46

4.3 3-D IC特性的推算49

4.4 小结53

第5章 3-D IC物理设计技术54

5.1 布图规划技术54

 5.1.1 3-D IC的单步和多步布图规划方法比较55

 5.1.2 3-D IC的多目标布图规划技术57

5.2 布局技术59

5.3 布线技术61

5.4 版图工具64

5.5 小结65

第6章 热管理技术66

6.1 3-D IC热分析66

 6.1.1 闭合式温度表达式67

 6.1.2 紧凑热模型71

 6.1.3 基于网格的热模型73

6.2 无热通孔的热管理技术73

 6.2.1 热驱动布图规划74

 6.2.2 热驱动布局78

6.3 使用热通孔的热管理技术80

 6.3.1 区域受限制的热通孔插入80

 6.3.2 热通孔布局技术82

 6.3.3 热导线的插入85

6.4 小结86

第7章 双端互连的时序优化88

7.1 平面间互连模型88

7.2 由单一通孔连接的双端平面间互连网络93

 7.2.1 平面间互连的Elmore延迟模型93

 7.2.2 平面间互连延迟94

 7.2.3 最优通孔定位95

 7.2.4 对互连线延迟的改善98

7.3 带有多个平面间通孔的双端口互连100

 7.3.1 双端口网络通孔布局问题的试探式求解103

 7.3.2 双端口通孔布局算法105

 7.3.3 通孔布局技术的应用106

7.4 小结111

第8章 多端互连的时序优化113

8.1 平面间互连树的时序驱动通孔布局113

8.2 多端互连的通孔放置试探法116

 8.2.1 互连树116

 8.2.2 包含单一关键电流沉的互连树117

8.3 互连树的通孔布局算法117

 8.3.1 互连树通孔布局算法(ITVPA)118

 8.3.2 具有单一关键电流沉互连树的通孔布局算法(SCSVPA)118

8.4 通孔布局的结果及讨论119

8.5 小结123

第9章 三维电路架构124

9.1 连线受限三维电路的分类124

9.2 三维微处理器以及存储器125

 9.2.1 三维微处理器的逻辑模块126

 9.2.2 高速缓存的三维设计127

 9.2.3 3-D微处理器的架构设计——存储器系统130

9.3 三维片上网络(NoC)131

 9.3.1 3-D NoC的拓扑结构132

 9.3.2 3-D NoC的零负载等待时间133

 9.3.3 3-D NoC的功耗137

 9.3.4 3-D NoC的性能和功耗分析138

 9.3.5 3-D NoC设计辅助149

9.4 三维FPGA158

9.5 小结165

第10章 案例分析：3-D IC的时钟分配网络167

10.1 美国麻省理工学院林肯实验室(MITLL)3-D集成电路制造技术167

10.2 3-D电路架构171

10.3 3-D电路中的时钟信号分配176

 10.3.1 同步电路中的时序特性176

 10.3.2 测试电路中的时钟分配网络结构177

10.4 实验结果180

10.5 小结185

第11章 结论187

附录189

附录A三维集成电路中门对数目的计算189

附录B单通孔布局优化方法的严格证明190

附录C两端通孔布局试探法的证明191

附录D多端网络的通孔放置条件的证明193