国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Vasilis F.Pavlidis，Eby G.Friedman 著，缪旻，于民，金玉丰 等 译

图书标签:

• 三维集成电路
• 集成电路设计
• 先进技术
• 机械工程
• 电子工程
• 微电子学
• 半导体
• 译丛
• 技术创新
• 电路设计

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111433514

版次：1

商品编码：11323853

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 国际机械工程先进技术译丛

开本：16开

出版时间：2013-09-01

页数：224

内容简介

　　在21世纪的前十年结束时，具备多个有源器件平面的三维集成电路（3DIC），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。《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》是世界上三维集成电路设计方面的一本专著，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�睤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，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。
　　《国际机械工程先进技术译丛：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。《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》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。

目录

译丛序
译者序
原书序
致谢

第1章 导言
1.1 从集成电路到计算机
1.2 互连，一位老朋友
1.3 三维或垂直集成
1.3.1 三维集成的机遇
1.3.2 三维集成面临的挑战
1.4 全书概要

第2章 3D封装系统的制造
2.1 三维集成
2.1.1 系统级封装
2.1.2 三维集成电路
2.2 单封装系统
2.3 系统级封装技术
2.3.1 引线键合式系统级封装
2.3.2 外围垂直互连
2.3.3 面阵列垂直互连
2.3.4 SiP的壁面金属化
2.4 3D集成系统的成本问题
2.5 小结

第3章 3D集成电路制造技术
3.1 单片3DIC
3.1.1 堆叠3DIC
3.1.2 3D鳍形场效应晶体管
3.2 带硅通孔（TSV）或平面间过孔的3DIC
3.3 非接触3DIC
3.3.1 电容耦合3DIC
3.3.2 电感耦合3DIC
3.4 3D集成电路垂直互连
3.5 小结

第4章 互连预测模型
4.1 2D电路的互连预测模型
4.2 3DIC的互连预测模型
4.3 3DIC特性的推算
4.4 小结

第5章 3DIC物理设计技术
5.1 布图规划技术
5.1.1 3DIC的单步和多步布图规划方法比较
5.1.2 3DIC的多目标布图规划技术
5.2 布局技术
5.3 布线技术
5.4 版图工具
5.5 小结

第6章 热管理技术
6.1 3DIC热分析
6.1.1 闭合式温度表达式
6.1.2 紧凑热模型
6.1.3 基于网格的热模型
6.2 无热通孔的热管理技术
6.2.1 热驱动布图规划
6.2.2 热驱动布局
6.3 使用热通孔的热管理技术
6.3.1 区域受限制的热通孔插入
6.3.2 热通孔布局技术
6.3.3 热导线的插入
6.4 小结

第7章 双端互连的时序优化
7.1 平面间互连模型
7.2 由单一通孔连接的双端平面间互连网络
7.2.1 平面间互连的Elmore延迟模型
7.2.2 平面间互连延迟
7.2.3 最优通孔定位
7.2.4 对互连线延迟的改善
7.3 带有多个平面间通孔的双端口互连
7.3.1 双端口网络通孔布局问题的试探式求解
7.3.2 双端口通孔布局算法
7.3.3 通孔布局技术的应用
7.4 小结

第8章 多端互连的时序优化
8.1 平面间互连树的时序驱动通孔布局
8.2 多端互连的通孔放置试探法
8.2.1 互连树
8.2.2 包含单一关键电流沉的互连树
8.3 互连树的通孔布局算法
8.3.1 互连树通孔布局算法（ITVPA）
8.3.2 具有单一关键电流沉互连树的通孔布局算法（SCSVPA）
8.4 通孔布局的结果及讨论
8.5 小结

第9章 三维电路架构
9.1 连线受限三维电路的分类
9.2 三维微处理器以及存储器
9.2.1 三维微处理器的逻辑模块
9.2.2 高速缓存的三维设计
9.2.3 3D微处理器的架构设计——存储器系统
9.3 三维片上网络（NoC）
9.3.1 3DNoC的拓扑结构
9.3.2 3DNoC的零负载等待时间
9.3.3 3DNoC的功耗
9.3.4 3DNoC的性能和功耗分析
9.3.5 3DNoC设计辅助
9.4 三维FPGA
9.5 小结

第10章 案例分析：3DIC的时钟分配网络
10.1 美国麻省理工学院林肯实验室（MITLL）3D集成电路制造技术
10.2 3D电路架构
10.3 3D电路中的时钟信号分配
10.3.1 同步电路中的时序特性
10.3.2 测试电路中的时钟分配网络结构
10.4 实验结果
10.5 小结

第11章 结论
附录
附录A 三维集成电路中门对数目的计算
附录B 单通孔布局优化方法的严格证明
附录C 两端通孔布局试探法的证明
附录D 多端网络的通孔放置条件的证明

前言/序言

《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》—— 探索微纳世界的构建蓝图 在这个信息爆炸、技术日新月异的时代，集成电路（IC）作为现代电子设备的核心，其性能的提升和功能的扩展，在很大程度上依赖于芯片的微型化和集成度的提升。传统二维（2D）集成电路的发展已趋于物理极限，而三维（3D）集成电路（3D IC）的出现，则为突破这一瓶颈提供了全新的视角和无限可能。本书《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》正是聚焦于这一前沿领域，深入剖析了3D IC的设计、制造、封装以及相关先进技术，旨在为机械工程领域的专业人士提供一份详实而富有洞察力的参考。 第一章：三维集成电路的时代背景与技术驱动 本章将带领读者回顾集成电路技术的发展历程，从最早的真空管到庞大的计算机，再到如今我们手中轻巧而强大的智能设备。我们将深入探讨摩尔定律的演进及其所面临的挑战，详细阐述为何二维平面结构的设计已难以满足日益增长的性能需求。同时，本章还将详细介绍驱动3D IC发展的关键技术因素，包括但不限于： 数据传输速率的瓶颈： 随着芯片集成度的提高，芯片内部和芯片之间的互联线数量急剧增加，数据传输的延迟和功耗成为制约性能的关键瓶颈。 散热难题的加剧： 高度集成的芯片会产生巨大的热量，传统的散热方式难以有效解决，导致芯片性能下降甚至损坏。 功耗管理的挑战： 芯片功能的复杂化和集成度的提升，使得功耗管理成为一个日益严峻的问题，直接影响设备的续航能力和使用体验。 设计复杂度的指数级增长： 传统的二维设计工具和流程难以应对大规模、多层级的三维结构的设计挑战。 通过对这些背景和驱动因素的深入分析，读者将清晰地认识到3D IC技术产生的必然性，以及它为何代表着集成电路发展的下一个重要方向。 第二章：三维集成电路的基本结构与设计原理 本章将深入剖析3D IC的核心概念，包括其与传统2D IC的根本区别。我们将详细介绍3D IC的几种主流结构，例如： 堆叠式（Stacked ICs）： 将多个独立的芯片垂直堆叠在一起，通过垂直互连（Through-Silicon Vias, TSVs）进行连接。我们将详细讲解TSVs的制造工艺、电学特性以及其在堆叠式3D IC设计中的作用。 晶圆堆叠（Wafer-level Bonding）： 将多个晶圆在制造过程中进行键合，然后再进行切割和封装。本章将探讨不同晶圆键合技术（如直接键合、瞬态液相键合等）的原理、优缺点以及在3D IC中的应用。 集成器件制造（Monolithic 3D ICs）： 在同一块硅片上，通过多层工艺制造出垂直集成的器件。我们将讨论这种方法的优势，例如极低的互连延迟和极高的集成度，以及其面临的工艺挑战。 此外，本章还将详细阐述3D IC的设计原理，包括： 互连网络设计： 重点介绍TSVs的布局、布线优化、信号完整性分析以及其对性能的影响。 热管理设计： 探讨如何通过三维结构优化散热路径，减少热点，并介绍相关的热仿真与分析方法。 功耗优化策略： 分析3D IC的功耗分布特点，并介绍低功耗设计技术在三维环境下的应用。 设计流程与工具： 介绍针对3D IC设计的EDA（Electronic Design Automation）工具和方法论，包括布局布线、时序分析、功耗分析等。 第三章：关键制造工艺与先进技术 制造是实现3D IC的关键环节。本章将详细介绍支撑3D IC发展的各项先进制造工艺，并重点关注机械工程在其中的作用： TSV（Through-Silicon Via）的制造： 详细讲解TSV的形成过程，包括钻孔（如干法刻蚀、湿法刻蚀）、绝缘填充、导电填充等关键步骤。我们将重点讨论钻孔过程中对硅材料的机械应力、刻蚀精度以及对后续工艺的影响。 晶圆键合技术： 深入探讨不同键合技术的原理，包括表面处理、机械接触、加热固化等。机械工程在表面平整度控制、压力均匀施加、对齐精度等方面起着至关重要的作用。 薄晶圆减薄技术： 介绍实现薄晶圆制造的各种方法，如研磨、化学机械抛光（CMP）、等离子体减薄等。本章将重点分析研磨过程中对晶圆的应力、表面损伤以及机械精度控制。 TSV与器件的集成： 探讨TSVs与芯片内部器件的良好集成，如何避免TSV引入的寄生效应和电学干扰。 先进封装技术： 介绍3D IC所需的先进封装技术，如扇出型晶圆级封装（Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP）、2.5D封装（Interposer-based 3D ICs）以及全3D封装。机械工程在封装材料选择、应力管理、散热设计以及可靠性方面发挥着关键作用。 第四章：三维集成电路的热力学与散热挑战 在三维集成电路的设计与制造中，热量管理是至关重要的一个环节。本章将深入探讨3D IC中的热力学原理与散热挑战： 热产生机制： 详细分析在三维结构中，由于高密度集成、密集互连以及TSVs等结构产生的热量来源，并建立相应的热模型。 热传导与散热路径： 深入研究热量在三维结构中的传导方式，以及如何设计有效的散热路径，例如通过TSVs、封装材料以及外部散热器。 热应力与可靠性： 讨论由于温度梯度引起的应力分布，以及这些应力对芯片可靠性的影响，包括开裂、翘曲等问题。本章将结合材料力学原理，分析热应力的产生机理和预测方法。 先进散热技术： 介绍针对3D IC的各种先进散热技术，例如微通道散热器、热管、相变材料以及主动散热技术。机械工程的设计与制造能力是实现这些先进散热方案的关键。 热仿真与优化： 讲解如何利用CFD（Computational Fluid Dynamics）等仿真工具对3D IC进行热力学分析，并根据仿真结果进行设计优化，以达到最佳的散热效果。 第五章：三维集成电路的机械可靠性与封装 集成电路的可靠性是其广泛应用的基础。本章将聚焦于3D IC在机械层面的可靠性问题，以及与之相关的封装技术： 机械应力分析： 深入分析3D IC在制造、测试、以及实际应用过程中所承受的各种机械应力，包括热应力、装配应力、外加载荷等。本章将结合有限元分析（FEA）等方法，进行详细的应力仿真与评估。 材料选择与失效机理： 探讨在3D IC设计中，不同材料（如硅、金属、绝缘材料、封装材料）的机械性能、热膨胀系数等对整体可靠性的影响，以及常见的机械失效模式，如开裂、分层、焊点疲劳等。 封装设计与制造： 详细介绍3D IC所需的先进封装结构，包括TSVs的应力缓和设计、键合界面的可靠性、以及外部封装材料的选择。我们将分析不同封装形式（如PoP, WLP, 2.5D, 3D）在机械可靠性方面的考量。 可靠性测试与评估： 介绍3D IC在机械方面的可靠性测试方法，如高低温循环测试、湿度温度循环测试、振动测试、冲击测试等，以及如何对测试结果进行分析和解读。 高可靠性设计策略： 总结在3D IC设计中，如何通过结构优化、材料选择、工艺控制等手段，提高其在各种恶劣工作环境下的机械可靠性。 第六章：三维集成电路的应用领域与未来展望 本章将展示3D IC技术在各个领域的实际应用，并对未来的发展趋势进行展望。 高性能计算与数据中心： 3D IC可以显著提升数据处理能力和内存带宽，在高性能计算、人工智能加速器、服务器等领域具有巨大的应用潜力。 移动通信与物联网（IoT）： 3D IC有助于实现更小巧、更省电、性能更强的移动设备和物联网节点，为5G、AIoT等技术的发展提供强有力的支撑。 汽车电子与自动驾驶： 随着汽车电子功能的日益复杂化，3D IC可以提供更高的集成度、更强的处理能力和更好的散热性能，满足自动驾驶、高级辅助驾驶等需求。 医疗电子与生物传感器： 3D IC可以集成更多功能，实现更微型化的医疗设备和更灵敏的生物传感器，为精准医疗和健康监测提供新的可能。 新兴的3D IC技术： 展望未来，我们将探讨垂直互连的新技术（如纳米线互连、碳纳米管互连）、新型的3D集成架构（如异构集成）、以及与新材料（如柔性材料）的结合等前沿研究方向。 本书的写作旨在为机械工程领域的读者提供一个全面而深入的视角，帮助他们理解3D IC的复杂性，掌握相关的设计、制造和封装技术，并能够在此基础上进行创新性的研究与开发。通过本书的学习，读者将能更好地把握集成电路产业的发展脉搏，并在这一充满挑战与机遇的领域做出贡献。

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拿到这本《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》之后，我第一时间就被它所呈现的专业性和前瞻性所吸引。作为一个在机械设计领域摸爬滚打多年的工程师，我深知技术更新迭代的速度之快，尤其是那些看似与我们核心领域关联不大的技术，往往是推动行业突破的关键。这本书的名字，虽然直接点明了“三维集成电路设计”，但让我好奇的是它与“机械工程”如何产生深度联结。我翻阅了目录，看到了一些关于“热管理”、“功耗优化”、“封装技术”以及“可靠性设计”等章节，这些无疑是机械工程在电子系统集成中不可忽视的挑战。例如，在设计高功率密度的机械设备时，如何通过先进的封装技术将发热量大的芯片有效地散热，这直接影响到整个设备的稳定性和寿命。又或者，在要求极低功耗的便携式设备或嵌入式系统中，如何通过优化电路设计来降低能耗，这对于机械设备的小型化和续航能力至关重要。我尤其期待书中能有一些关于“多物理场耦合仿真”的内容，因为在集成电路与机械结构的结合过程中，电、热、力等因素的相互影响非常复杂，需要精确的仿真来预测和解决潜在问题。这本书的译丛背景也让我对其内容质量有了更高的期待，相信它能为我们提供一套系统性的、国际前沿的知识体系，帮助我们理解和应用最新的集成电路技术来解决机械工程中的实际问题，甚至激发新的设计理念和创新方向。

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最近入手了这本《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》，虽然我本人并非直接从事集成电路设计，但作为一名对技术发展趋势保持高度敏感的机械工程师，我一直关注着那些能够为我们行业带来颠覆性变革的新技术。这本书的名字一开始让我觉得它可能更偏向于硬件层面，是关于芯片的结构、制造工艺等。然而，当我开始浏览其中的一些章节时，我发现它的视角更加宏大，将三维集成电路作为一种核心技术，来探讨它如何重塑机械工程的设计理念和实现方式。我特别注意到书中似乎在讨论如何利用先进的芯片技术来提升机械系统的智能化水平，比如通过集成更强大、更小巧的处理单元，来实现更精准的运动控制、更复杂的传感数据处理，以及更高级的故障诊断和预测。这让我联想到当下热门的工业4.0和智能制造，其中很多关键技术的实现都离不开高性能的嵌入式计算和通信能力。我猜想书中可能会介绍一些将多个芯片堆叠或并排集成在一起，从而实现更高计算密度、更短信号通路的技术，这对于提升机械设备的性能、减小体积、降低功耗都具有革命性的意义。对于我们这些需要将电子元件集成到机械产品中的工程师来说，了解这些先进的集成电路设计理念，以及它们在机械应用中的潜力，无疑是非常宝贵的。这本书在我看来，更像是一本“连接”的桥梁，连接了微观的电子世界与宏观的机械工程世界。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》这本书时，我立刻产生了浓厚的兴趣。作为一个长期在机械零部件设计领域工作的技术人员，我一直关注着行业的发展趋势，尤其是那些能够提升产品性能、实现更复杂功能的技术。虽然我不是一名电子工程师，但我也清楚集成电路在现代工业中的核心地位，它们是驱动一切智能设备和自动化系统的“大脑”。这本书的名字暗示着它将探讨一种先进的芯片设计方法，并且将其应用于机械工程领域，这让我感到非常新颖。我猜测书中会介绍如何通过将多个集成电路以三维的形式进行构建和连接，来达到比传统二维平面设计更高的集成密度、更快的信号传输速度以及更低的功耗。这对于我们机械工程师来说，意味着我们可以在更小的空间内实现更强大的功能，或者在保持原有性能的同时，显著降低设备的尺寸和能耗。我尤其期待书中能够包含一些关于“先进封装技术”和“芯片与机械结构的协同设计”的内容。因为将高性能的电子器件可靠地集成到机械系统中，并确保它们在各种工作环境下都能稳定运行，是机械工程师面临的重要挑战。这本书的出版，或许能为我们提供一些前沿的设计思路和技术解决方案，帮助我们更好地理解和应用现代电子技术，从而推动机械产品的创新和升级。

评分☆☆☆☆☆

刚收到这本《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》，迫不及待地翻阅起来。封面设计简洁大气，封面的绿色和银色搭配，给人一种科技感和专业感。书的装帧也很精美，纸张的质感不错，印刷清晰，这一点对于技术类书籍来说非常重要，毕竟很多细节和图表需要仔细辨认。我个人对机械工程一直抱有浓厚的兴趣，尤其是在接触到一些前沿的自动化和智能化应用后，更是觉得了解背后的技术原理至关重要。虽然这本书的标题是“三维集成电路设计”，我原本以为它会聚焦于更偏向电子硬件和半导体工艺的部分。但从目录和初步浏览来看，它似乎更侧重于将先进的集成电路技术如何赋能机械工程的各个领域，例如在精密仪器、机器人控制、新型动力系统等方面，集成电路的微型化、高性能化以及异构集成带来的可能性。我特别关注其中关于“系统级设计”和“跨学科融合”的部分，这正是我一直希望深入了解的。机械工程的发展正经历着前所未有的变革，从传统的宏观结构设计到如今与微纳技术、人工智能的深度融合，这种跨界的技术交流和知识共享显得尤为珍贵。我期待书中能提供一些具体的案例分析，让我看到三维集成电路如何在实际的机械工程项目中发挥关键作用，例如如何通过更精密的芯片设计来提升设备的响应速度、降低能耗、甚至实现更复杂的功能。总的来说，这本书给我一种“视野开阔”的感觉，它不仅仅是一本关于电子技术的书，更像是一扇通往未来机械工程新方向的窗口。

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我是一名对前沿技术充满好奇的机械工程研究者，偶然间得知了这本《国际机械工程先进技术译丛：三维集成电路设计》。从书名来看，它似乎聚焦于一个相当专业和细分的领域，并且将其与机械工程联系起来，这让我感到非常好奇和期待。通常我们理解的机械工程更多的是关于结构、材料、动力学等，而集成电路设计则属于电子工程的范畴。我非常想知道，这本书是如何将这两个看似独立的领域巧妙地结合在一起的。我推测书中可能会探讨如何通过三维集成电路的设计，来突破现有机械系统的性能瓶颈，比如在微型机器人、高精度测量仪器、或者先进的航空航天部件等领域。我特别关注其中的“异构集成”和“系统级优化”概念，这可能意味着将不同功能的芯片（如处理器、传感器、通信模块）以三维的方式紧密结合，从而实现更高的集成度和更优化的整体性能。我希望书中能够提供一些实际的案例，展示这种三维集成电路是如何在机械工程的应用中带来创新和突破的。例如，通过更高效的芯片设计来实现更智能的运动轨迹规划，或者通过集成先进的传感器和处理单元来提升机械系统的环境感知能力。这本书的译丛系列本身就代表着一定的学术水准和国际视野，我期待它能为我带来一些全新的视角和深刻的启发，帮助我理解未来机械工程的发展方向。

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书不错，值得参考收藏。zz

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代同事买的！！！！！

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很好

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专业书籍值得收藏，送货很快

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