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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電機工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98757
標題: 符合 3Dblox 標準的基於有限元素法(FEM)的三維積體電路 (3D-IC) 熱模擬框架
A 3Dblox-Standard Compliant FEM-Based Thermal Simulation Framework for 3D-IC Designs
作者: 王瀞桓
Ching-Huan Wang
指導教授: 黃鐘揚
Chung-Yang Huang
關鍵字: 3D-ICs,熱模擬,TSMC 3Dblox,有限元素法,deal.II,FreeCAD,Gmsh,
3D-ICs,thermal simulation,TSMC 3Dblox,finite element method,deal.II,FreeCAD,Gmsh,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 隨著三維積體電路(3D-ICs)的日益普及,精確的熱分析對於確保其性能與可靠性至關重要。本論文提出了一個跨平台的自動化熱模擬框架,專為TSMC 3Dblox 抽象描述的3D-ICs 設計而開發。該框架整合了開源工具——FreeCAD、Gmsh 和deal.II——從設計解析到有限元素法(FEM)熱模擬,提供完整的自動化流程。
本論文所提出的系統支援異質3D-ICs結構的穩態與暫態熱分與商業工具Ansys Icepak 的比較結果顯示,我們的框架在處理具有異質材料的晶粒時能提供更高的準確度。此外,其執行效能相對於自由度(DOF)數量展現出近乎線性的可擴展性,確保在網格解析度提升時仍能保持穩定效能。
此開源解決方案可作為基於3Dblox的熱模擬流程的實用且可擴展替代方案,為早期3D-ICs熱設計提供高度可自訂的基礎。本論文詳細探討了系統架構、建模策略與關鍵實作細節。
As 3D integrated circuits (3D-ICs) become more prevalent, accurate thermal analysis is critical to ensure their performance and reliability. This thesis presents a cross-platform, automated thermal simulation framework tailored for 3D-ICs using the TSMC 3Dblox abstraction. Leveraging open-source tools—FreeCAD, Gmsh, and deal.II—the framework supports a fully automated pipeline from layout parsing to finite element thermal simulation.
The proposed system supports both steady-state and transient thermal analysis for heterogeneous 3D-ICs structures. When benchmarked against the commercial tool Ansys Icepak, our framework demonstrates higher accuracy in cases involving chiplets with heterogeneous materials. Moreover, it exhibits near-linear scalability with respect to the number of degrees of freedom(DOF), ensuring consistent performance as mesh resolution increases.
This open-source solution serves as a practical and extensible alternative for 3Dblox based thermal simulation workflows, providing a customizable foundation for early-stage 3D-ICs thermal design. The thesis discusses the system architecture, modeling strategies, and key implementation decisions.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98757
DOI: 10.6342/NTU202503806
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2030-08-05
顯示於系所單位:電機工程學系

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