Electrothermal Analysis of VLSI Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Yi-Kan Cheng

出品人:

页数:233

译者:

出版时间:2000-06-30

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792378617

丛书系列:

图书标签:

VLSI
Electrothermal Analysis
Heat Transfer
Semiconductor Devices
Integrated Circuits
Thermal Management
Modeling
Simulation
Microelectronics
Power Dissipation

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具体描述

Electrothermal Analysis of VLSI Systems addresses electrothermal problems in modern VLSI systems. Part I, The Building Blocks, discusses electrothermal phenomena and the fundamental building blocks that electrothermal simulation requires (including power analysis, temperature-dependent device modeling, thermal/electrothermal simulation, and experimental setup-calibration). Part II, The Applications, discusses three important applications of VLSI electrothermal analysis including temperature-dependent electromigration diagnosis, cell-level thermal placement and temperature-driven power and timing analysis. Electrothermal Analysis of VLSI Systems will be useful for researchers in the fields of IC reliability analysis and physical design, as well as VLSI designers and graduate students.

新书推介：现代集成电路与系统设计中的热管理挑战与前沿技术书名：现代集成电路与系统设计中的热管理挑战与前沿技术 (Thermal Management Challenges and Advanced Techniques in Modern Integrated Circuit and System Design) --- 内容简介随着集成电路（IC）技术向更高密度、更高频率和更低功耗节点的演进，芯片内部的热流密度已达到前所未有的水平。这种“热墙”（Thermal Wall）效应正日益成为限制现代电子系统性能、可靠性和寿命的关键瓶颈。本书《现代集成电路与系统设计中的热管理挑战与前沿技术》系统性地探讨了当前半导体器件在热学行为方面所面临的复杂挑战，并深入剖析了为应对这些挑战而发展起来的创新热管理解决方案，内容涵盖从器件层面到系统层面的多尺度热设计范式。第一部分：微纳尺度下的热物理基础与挑战本部分首先为读者构建理解现代IC热问题的理论基石。我们摒弃了传统宏观的热传导模型，转而聚焦于纳米尺度下的热输运机制。第一章：后摩尔时代的热流密度与能耗危机详细分析了摩尔定律在物理极限下面临的挑战，特别是静态功耗（漏电流）和动态功耗（开关损耗）对芯片温度的综合影响。重点讨论了 FinFET、GAAFET 等先进晶体管结构对局部热源分布的改变，以及新材料（如高介电常数材料和新型金属栅极）的热学特性对瞬态温度分布的影响。第二章：非傅里叶热传导与电子-声子耦合深入探讨了在极短时间尺度（皮秒至纳秒级）内，热量如何通过电子和声子进行输运。详细阐述了热弛豫时间、热波方程（Ballistic-Phonon 理论）的适用性，以及在异质结界面（如 Si/SiGe、III-V 族半导体）处由界面电子-声子散射导致的显著热阻增强效应。本章强调了精确建模这些界面热阻（Kapitza电阻）在预测封装层级温度梯度中的关键作用。第三章：热点识别与温度敏感性分析介绍了先进的片上温度传感技术（如二极管传感器、电阻式传感器）的原理、精度局限性及其在实时热监测中的应用。讨论了利用有限元方法（FEM）和有限体积方法（FVM）建立高精度三维热模型（3D Thermal Modeling）的流程，并着重讲解了如何通过模型降阶（Model Order Reduction, MOR）技术，实现对复杂系统瞬态热行为的快速、准确预测，从而指导设计决策。第二部分：先进热界面材料（TIMs）与封装级热解决方案热管理性能的瓶颈往往出现在芯片与封装、封装与散热器之间的连接处。本部分聚焦于高导热界面的材料科学与工程应用。第四章：高导热热界面材料（TIMs）的材料科学全面评估了当前主流 TIMs 的性能，包括有机垫片（Grease, Paste）、金属基复合材料、相变材料（PCM）以及液态金属（Liquid Metal Thermal Interface Materials, LM-TIMs）。重点分析了材料的导热系数、粘附性、长期稳定性和机械特性之间的权衡。特别介绍了利用石墨烯、碳纳米管和氮化硼纳米片等二维/一维填料来构建具有高各向异性导热性能的聚合物基复合材料的设计策略。第五章：先进封装技术中的热集成探讨了 2.5D 和 3D 集成技术（如 Chiplets、硅通孔 TSV）带来的独特热挑战。详细分析了堆叠芯片之间的“热堆栈”（Thermal Stack）效应，以及 TSV 结构如何影响热流路径。阐述了在 3D 芯片中实现高效中介层（Interposer）散热、局部散热通道（Micro-fluidic Channels）集成到硅基板中的先进封装技术。第六章：微通道散热技术与相变冷却本书详细介绍了主动式和被动式热交换器的设计原理。对于微通道散热器（Microchannel Heat Sinks），重点讨论了流体力学（压降与泵功）与传热学（对流换热系数）之间的优化平衡。对于相变冷却技术，则深入研究了微型重力驱动两相环路（Loop Heat Pipes, LHP）和基于微流控的沸腾冷却系统的设计参数、润湿性控制以及防止“干涸”（Dryout）的机制。第三部分：系统级热管理与热感知设计热管理已从被动的散热片设计，演变为系统级的、动态的、智能的控制策略。第七章：片上热效率与热感知架构讨论了如何将热因素融入到前端（Architecture）和后端（Physical Design）的电子设计自动化（EDA）流程中。阐述了热感知布局规划（Thermal-Aware Placement and Routing）、动态电压和频率调节（DVFS）的应用，以及如何通过热模型预测来指导晶体管尺寸优化，以最小化热点产生。第八章：智能热管理策略与热预测控制本章聚焦于新兴的实时热管理控制算法。介绍了基于状态估计（如卡尔曼滤波）的温度预测模型，用于提前预警过热风险。重点阐述了热激励响应（Thermal Impulse Response）模型的构建，以及如何利用这些模型实现预测性温度控制（Predictive Thermal Control），从而最大化系统的性能而不突破热约束。第九章：极端环境与可靠性热设计研究了高可靠性应用（如航空航天、电动汽车逆变器）中对热管理提出的特殊要求。讨论了如何评估和预测热循环（Thermal Cycling）导致的疲劳失效机制，包括焊点蠕变、芯片与封装材料之间的热膨胀失配（CTE Mismatch）。提出了针对寿命敏感型组件的降额设计（Derating）标准与基于温度历史的寿命预测方法。总结与展望本书以严谨的物理基础和前沿的应用工程实践为导向，旨在为集成电路设计工程师、热力学研究人员以及先进封装技术专家提供一本全面、深入的参考手册。通过对多尺度热物理现象的剖析和对创新散热技术的详细介绍，读者将能够掌握设计下一代高性能、高可靠性电子系统的关键热管理能力。本书对未来面向人工智能加速器、高性能计算（HPC）和功率电子领域的热挑战提供了前瞻性的见解。