近日，我们课题组所撰写的综述论文发表于期刊Microelectronic Engineering，总结了3D集成电路中核心组件TSV和BEOL热管理方面的进展，并对研究进行了展望。

三维集成电路（3D ICs）因其提升性能和降低功耗的潜力，已成为半导体研究的前沿领域。随着半导体技术的发展，3D ICs的持续小型化和集成密度的增加使得尺寸效应和界面效应愈加显著，导致更高的热通量密度和更复杂的热管理挑战。硅通孔（TSV）和后端互连（BEOL）结构作为3D ICs的核心组成部分，负责水平和垂直的互连，直接影响芯片内的热传导性能。

现有研究表明，TSV能够有效促进垂直方向的散热，但对水平方向的热传递影响较小，甚至可能产生负面影响。模拟计算得到的界面热导率与实验结果之间存在一定的差异。在TSV结构设计中，孔径、间距、纵横比以及材料选择等参数都会显著影响TSV的热性能。在BEOL热管理方面，大量研究集中在热参数提取和结构设计优化上。由于BEOL结构复杂，研究中需要考虑更多的参数。在结构设计方面，线宽、通孔数量、线面积比和线与通孔的间距等参数显著影响BEOL的性能。

目前的研究大多简化了等效TSV和BEOL模型的发展，忽略了真实的材料属性和复杂的结构。TSV和BEOL热参数的实验提取仍然面临着重大挑战。此外，现有的多尺度仿真软件在应用于复杂结构时仍然面临限制。因此，未来的研究应优先关注以下几个领域：首先，精确提取TSV和BEOL的热参数至关重要。这包括开展基础实验，同时提升现有的微纳尺度热测量技术。其次，基于现有的多尺度仿真技术开发集成模型，研究不同尺度结构和器件的热行为与相互作用，进行从纳米尺度金属互连到宏观芯片的全面仿真。此外，随着微尺度效应和非平衡效应的日益显著，开发更全面的热-机械-电耦合仿真模型也至关重要。

论文第一作者为上海交通大学机械与动力工程学院硕士研究生张洪榜。

论文信息：Hongbang Zhang, Miao Tian and Xiaokun Gu, Thermal management of through-silicon vias and back-end-of-line layers in 3D ICs: a comprehensive review, Microelectronic Engineering, 298, 112325 (2025).

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mee.2025.112325