Testing of Interposer-Based 2.5D Integrated Circuits

The unprecedented and relentless growth in the electronics industry is feeding the demand for integrated circuits (ICs) with increasing functionality and performance at minimum cost and power consumption. As predicted by Moore's law, ICs are being aggressively scaled to meet this demand. While the continuous scaling of process technology is reducing gate delays, the performance of ICs is being increasingly dominated by interconnect delays. In an effort to improve submicrometer interconnect performance, to increase packing density, and to reduce chip area and power consumption, the semiconductor industry is focusing on three-dimensional (3D) integration. However, volume production and commercial exploitation of 3D integration are not feasible yet due to significant technical hurdles.

At the present time, interposer-based 2.5D integration is emerging as a precursor to stacked 3D integration. All the dies and the interposer in a 2.5D IC must be adequately tested for product qualification. However, since the structure of 2.5D ICs is different from the traditional 2D ICs, new challenges have emerged: (1) pre-bond interposer testing, (2) lack of test access, (3) limited ability for at-speed testing, (4) high density I/O ports and interconnects, (5) reduced number of test pins, and (6) high power consumption. This research targets the above challenges and effective solutions have been developed to test both dies and the interposer.

The dissertation first introduces the basic concepts of 3D ICs and 2.5D ICs. Prior work on testing of 2.5D ICs is studied. An efficient method is presented to locate defects in a passive interposer before stacking. The proposed test architecture uses e-fuses that can be programmed to connect or disconnect functional paths inside the interposer. The concept of a die footprint is utilized for interconnect testing, and the overall assembly and test flow is described. Moreover, the concept of weighted critical area is defined and utilized to reduce test time. In order to fully determine the location of each e-fuse and the order of functional interconnects in a test path, we also present a test-path design algorithm. The proposed algorithm can generate all test paths for interconnect testing.

In order to test for opens, shorts, and interconnect delay defects in the interposer, a test architecture is proposed that is fully compatible with the IEEE 1149.1 standard and relies on an enhancement of the standard test access port (TAP) controller. To reduce test cost, a test-path design and scheduling technique is also presented that minimizes a composite cost function based on test time and the design-for-test (DfT) overhead in terms of additional through silicon vias (TSVs) and micro-bumps needed for test access. The locations of the dies on the interposer are taken into consideration in order to determine the order of dies in a test path.

To address the scenario of high density of I/O ports and interconnects, an efficient built-in self-test (BIST) technique is presented that targets the dies and the interposer interconnects. The proposed BIST architecture can be enabled by the standard TAP controller in the IEEE 1149.1 standard. The area overhead introduced by this BIST architecture is negligible; it includes two simple BIST controllers, a linear-feedback-shift-register (LFSR), a multiple-input-signature-register (MISR), and some extensions to the boundary-scan cells in the dies on the interposer. With these extensions, all boundary-scan cells can be used for self-configuration and self-diagnosis during interconnect testing. To reduce the overall test cost, a test scheduling and optimization technique under power constraints is described.

In order to accomplish testing with a small number test pins, the dissertation presents two efficient ExTest scheduling strategies that implements interconnect testing between tiles inside an system on chip (SoC) die on the interposer while satisfying the practical constraint that the number of required test pins cannot exceed the number of available pins at the chip level. The tiles in the SoC are divided into groups based on the manner in which they are interconnected. In order to minimize the test time, two optimization solutions are introduced. The first solution minimizes the number of input test pins, and the second solution minimizes the number output test pins. In addition, two subgroup configuration methods are further proposed to generate subgroups inside each test group.

Finally, the dissertation presents a programmable method for shift-clock stagger assignment to reduce power supply noise during SoC die testing in 2.5D ICs. An SoC die in the 2.5D IC is typically composed of several blocks and two neighboring blocks that share the same power rails should not be toggled at the same time during shift. Therefore, the proposed programmable method does not assign the same stagger value to neighboring blocks. The positions of all blocks are first analyzed and the shared boundary length between blocks is then calculated. Based on the position relationships between the blocks, a mathematical model is presented to derive optimal result for small-to-medium sized problems. For larger designs, a heuristic algorithm is proposed and evaluated.

In summary, the dissertation targets important design and optimization problems related to testing of interposer-based 2.5D ICs. The proposed research has led to theoretical insights, experiment results, and a set of test and design-for-test methods to make testing effective and feasible from a cost perspective.

Modelo 2,5D de predição de propagação para ambientes interiores utilizando o método do traçado de raios

A 2.5D ray-tracing propagation model is proposed to predict radio loss in indoor environment. Specifically, we opted for the Shooting and Bouncing Rays (SBR) method, together with the Geometrieal Theory of Diffrartion (GTD). Besides the line-of-sight propagation (LOS), we consider that the radio waves may experience reflection, refraction, and diffraction (NLOS). In the Shooting and Bouncing Rays (SBR) method, the transmitter antenna launches a bundle of rays that may or may not reach the receiver. Considering the transmitting antenna as a point, the rays will start to launch from this position and can reach the receiver either directly or after reflections, refractions, diffractions, or even after any combination of the previous effects. To model the environment, a database is built to record geometrical characteristics and information on the constituent materials of the scenario. The database works independently of the simulation program, allowing robustness and flexibility to model other seenarios. Each propagation mechanism is treated separately. In line-of-sight propagation, the main contribution to the received signal comes from the direct ray, while reflected, refracted, and diffracted signal dominate when the line-of-sight is blocked. For this case, the transmitted signal reaches the receiver through more than one path, resulting in a multipath fading. The transmitting channel of a mobile system is simulated by moving either the transmitter or the receiver around the environment. The validity of the method is verified through simulations and measurements. The computed path losses are compared with the measured values at 1.8 GHz ftequency. The results were obtained for the main corridor and room classes adjacent to it. A reasonable agreement is observed. The numerical predictions are also compared with published data at 900 MHz and 2.44 GHz frequencies showing good convergence

Migração pré-empilhamento Kirchhoff feixes gaussianos 2,5D nos domínios afastamento comum e ângulo-comum

O método de migração do tipo Kirchhoff se apresenta na literatura como uma das ferramentas mais importantes de todo o processamento sísmico, servindo de base para a resolução de outros problemas de imageamento, devido ao um menor custo computacional em relação aos métodos que tem por base a solução numérica da equação da onda. No caso da aplicação em três dimensões (3D), mesmo a migração do tipo Kirchhoff torna-se dispendiosa, no que se refere aos requisitos computacionais e até mesmo numéricos para sua efetiva aplicação. Desta maneira, no presente trabalho, objetivando produzir resultados com uma razão sinal/ruído maior e um menor esforço computacional, foi utilizado uma simplificação do meio denominado 2.5D, baseado nos fundamentos teóricos da propagação de feixes gaussianos. Assim, tendo como base o operador integral com feixes gaussianos desenvolvido por Ferreira e Cruz (2009), foi derivado um novo operador integral de superposição de campos paraxiais (feixes gaussianos), o mesmo foi inserido no núcleo do operador integral de migração Kirchhoff convencional em verdadeira amplitude, para a situação 2,5D, definindo desta maneira um novo operador de migração do tipo Kirchhoff para a classe pré-empilhamento em verdadeira amplitude 2.5D (KGB,do inglês Kirchhoff-Gausian-Beam). Posteriormente, tal operador foi particularizado para as configurações de medida afastamento comum (CO, do inglês common offset) e ângulo de reflexão comum (CA, do inglês common angle), ressaltando ainda, que na presente Tese foi também idealizada uma espécie de flexibilização do operador integral de superposição de feixes gaussianos, no que concerne a sua aplicação em mais de um domínio, quais sejam, afastamento comum e fonte comum. Nesta Tese são feitas aplicações de dados sintéticos originados a partir de um modelo anticlinal.

Modelagem 1D e 2,5D de dados do método CSEM marinho em meios com anisotropia transversal inclinada

Neste trabalho apresentamos a solução do campo eletromagnético gerado por um dipolo elétrico horizontal em meios transversalmente isotrópicos com eixo de simetria vertical (TIV) e com eixo de simetria inclinado (TII). Para modelos unidimensionais, o campo eletromagnético foi obtido por duas metodologias distintas: (1) solução semi-analítica das equações de Maxwell com auxílio de potenciais vetores no caso TIV e (2) em modelos com anisotropia transversal inclinada o campo eletromagnético foi separado em primário e secundário, e então, o campo secundário foi calculado pelo método de elementos finitos no domínio (k_x, k_y, z) da transformada de Fourier. Para estruturas bidimensionais, foi aplicada a mesma metodologia usado nos modelos TII unidimensionais, onde o campo secundário foi calculado pelo método de elementos finitos no domínio (x, k_y, z), da transformada de Fourier, com a utilização de malhas não estruturadas para discretização dos modelos. Estas respostas foram usados para avaliar os efeitos da anisotropia elétrica nos dados CSEM marinho 1D e 2,5D.

Modelagem 2,5D dos campos usados no Método Eletromagnético a Multi-Frequência - EMMF

Esta tese mostra a modelagem 2,5D de dados sintéticos do Método Eletromagnético a Multi-frequência (EMMF). O trabalho é apresentado em duas partes: a primeira apresenta os detalhes dos métodos usados nos cálculos dos campos gerados por uma bobina horizontal de corrente colocada sobre a superfície de modelos bidimensionais; e a segunda, usa os resultados obtidos para simular os dados medidos no método EMMF, que são as partes real e imaginária da componente radial do campo magnético gerado pela bobina. Nesta segunda parte, observamos o comportamento do campo calculado em diversos modelos, incluindo variações nas propriedades físicas e na geometria dos mesmos, com o intuito de verificar a sensibilidade do campo observado com relação às estruturas presentes em uma bacia sedimentar. Com esta modelagem, podemos observar as características dos dados e como as duas partes, real e imaginária, contribuem com informações distintas e complementares. Os resultados mostram que os dados da componente radial do campo magnético apresentam muito boa resolução lateral, mesmo estando a fonte fixa em uma única posição. A capacidade desses dados em distinguir e resolver estruturas alvo será fundamental para o trabalho futuro de inversão, bem como para a construção de seções de resistividade aparente.

Modelagem e imageamento 2.5D no domínio do tempo através de diferenças finitas

A modelagem 2.5D consiste em simular a propagação do campo de ondas em 3D em meios com simetria de translação em uma direção. Nesta tese esta abordagem é formulada para meios elásticos e anisotrópicos com classe de simetria arbitrária e a geometria de aquisição não precisa coincidir com um plano de simetria do meio. A migração por reversão no tempo do campo de ondas é formulada e implementada através de diferenças finitas 2.5D. Para reduzir os efeitos de retro-espalhamento e melhorar a recuperação da amplitude dos eventos migrados, propomos uma nova condição de imagem para migração reversa no tempo baseada na análise assintótica da condição de imagem clássica por correlação cruzada. Experimentos numéricos indicam que a migração reversa no tempo 2.5D com a nova condição de imagem proposta, melhora a resolução da imagem em relação à migração reversa no tempo 2D e reduz acentuadamente os ruídos causados por retro-espalhamento.

Modelagem 2,5D por elementos finitos dos efeitos da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multifrequência

Este trabalho consiste em realizar a modelagem, via elementos finitos (EF) 2,5D, do efeito da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multi-frequência (EMMF). Este método usa como fonte uma grande espira quadrada de corrente elétrica com centenas de metros de lado, e como receptores, bobinas posicionadas na horizontal em alinhamento com o transmissor. A subsuperfície é representada por heterogeneidades bidimensionais imersas em um meio horizontalmente estratificado. A formulação, partindo das equações de Maxwell, é desenvolvida a partir da separação do campo eletromagnético em primário (campos no hospedeiro multi-estratificado) e secundário (diferença entre o campo total e o primário). O domínio discretizado é descrito por uma malha não estruturada, com elementos triangulares. Para calcular as componentes derivadas da solução de elementos finitos, em um determinado nó da malha, foi usada a média aritmética das derivadas das funções bases de EF em torno daquele nó. O código de modelagem construído permite quantificar e analisar como os gradientes topográficos influenciam as medidas dos campos eletromagnéticos gerados. A aplicação é a avaliação dessas influências sobre a componente radial do campo da espira na superfície terrestre, que é a componente empregada no método eletromagnético a multi-frequência (EMMF).

Comparison of 2.5D and 3D Quantification of Femoral Head Coverage in Normal Control Subjects and Patients with Hip Dysplasia.

Hip dysplasia is characterized by insufficient femoral head coverage (FHC). Quantification of FHC is of importance as the underlying goal of the surgery to treat hip dysplasia is to restore a normal acetabular morphology and thereby to improve FHC. Unlike a pure 2D X-ray radiograph-based measurement method or a pure 3D CT-based measurement method, previously we presented a 2.5D method to quantify FHC from a single anteriorposterior (AP) pelvic radiograph. In this study, we first quantified and compared 3D FHC between a normal control group and a patient group using a CT-based measurement method. Taking the CT-based 3D measurements of FHC as the gold standard, we further quantified the bias, precision and correlation between the 2.5D measurements and the 3D measurements on both the control group and the patient group. Based on digitally reconstructed radiographs (DRRs), we investigated the influence of the pelvic tilt on the 2.5D measurements of FHC. The intraclass correlation coefficients (ICCs) for absolute agreement was used to quantify interobserver reliability and intraobserver reproducibility of the 2.5D measurement technique. The Pearson correlation coefficient, r, was used to determine the strength of the linear association between the 2.5D and the 3D measurements. Student's t-test was used to determine whether the differences between different measurements were statistically significant. Our experimental results demonstrated that both the interobserver reliability and the intraobserver reproducibility of the 2.5D measurement technique were very good (ICCs > 0.8). Regression analysis indicated that the correlation was very strong between the 2.5D and the 3D measurements (r = 0.89, p < 0.001). Student's t-test showed that there were no statistically significant differences between the 2.5D and the 3D measurements of FHC on the patient group (p > 0.05). The results of this study provided convincing evidence demonstrating the validity of the 2.5D measurements of FHC from a single AP pelvic radiograph and proved that it could serve as a surrogate for 3D CT-based measurements. Thus it may be possible to use this method to avoid a CT scan for the purpose of estimating 3D FHC in diagnosis and post-operative treatment evaluation of patients with hip dysplasia.

Risque de cancer du poumon associé aux expositions environnementales de fumées de soudage : 2 études cas-témoins basées sur la population montréalaise.

Objectif : Examiner la relation entre une exposition professionnelle aux fumées de soudage au gaz et à l’arc et le risque de développer un cancer du poumon, chez des travailleurs provenant de différents milieux de travail et exposés à de nombreuses substances de différentes concentrations. Méthodes : Nous avons mené deux études cas-témoins basés sur la population montréalaise (1979-86 et 1996-2001), incluant respectivement 857 et 736 cas, ainsi que des témoins appariés selon la fréquence des cas, le sexe et le lieu de résidence. Un historique détaillé des emplois occupés fut obtenu par entrevue et évalué par une équipe d’experts afin d’estimer l’intensité, la durée ainsi que l’exposition cumulative à un grand nombre de substances. Les fumées de soudage au gaz et à l’arc sont parmi les substances évaluées et nous avons pu calculer un rapport de cote (RC) et son intervalle de confiance de 95% (IC 95%) pour le risque de cancer du poumon en utilisant la régression logistique et en ajustant pour l’historique de tabagisme et plusieurs autres covariables pertinentes. Des analyses subséquentes ont permis d’explorer d’autres voies, comme la modification des effets observés par le tabagisme. Résultats : Les résultats obtenus à partir des deux études étant assez similaires, nous avons donc pu les combiner pour former une seule étude. Aucune association statistiquement significative n’a été trouvée entre le cancer du poumon et les fumées de soudage au gaz (RC=1,13; IC 95%=0,90-1,42) et les fumées de soudage à l’arc (RC=1,01; IC 95%=0,80-1,26). Par contre, dans le sous-groupe des non-fumeurs et fumeurs très légers, nous avons trouvé un risque accru de cancer du poumon en relation avec les fumées de soudage au gaz (RC=2,78; IC 95%=1,66-4,65) et à l’arc (RC=2,20; IC 95%=1,32-3,70). En se concentrant sur ce sous-groupe, nous avons trouvé un risque encore plus élevé de développer un cancer du poumon pour ceux exposé à des doses plus substantielles, pour le soudage au gaz (RC=4,63; IC 95%=2,14-10,03) et à l’arc (RC=3,45; IC 95%=1,59-7,48). Discussion : Globalement, aucun excès de risque causé par une exposition aux fumées de soudage n’a été détecté, mais un excès a été trouvé chez les non-fumeurs et fumeurs légers uniquement et ce, pour les deux types de fumées de soudage. L’effet des fumées de soudage peut être voilé chez les fumeurs, ou bien les non-fumeurs pourraient être plus vulnérables.

Asociación entre nutrientes y hemoglobina glicosilada en diabéticos tipo 2

Introducción: la hiperglicemia es la característica principal de la diabetes (DM). La restricción de CHO en la dieta presenta el mayor efecto en la disminución de los niveles de glucosa en sangre tanto en DM 1 y 2. Objetivo: asociar la ingesta de macro y micronutrientes con el control metabólico de pacientes con diabetes tipo 2. Material y métodos: se entrevistó a 714 pacientes diabéticos tipo 2 de ambos sexos, entre 27 y 90 años, en centros de salud familiar de Santiago de Chile. Se les aplicó una encuesta alimentaria y una evaluación antropométrica. Se realizó prueba de regresión logística, se estimó además el valor del Odds Ratio (OR) y su correspondiente intervalo de confianza (IC). Resultados: el IMC promedio fue de 30,8 ± 5,7 kg/m², el 29,8% de los sujetos tenía una HbA1c compensada. Se puede observar que solo la ingesta elevada de carbohidratos (percentil 75) se asoció con un incremento en el riesgo de tener HbA1c elevada OR = 2,7 (IC 95% 1,5-4,8; p < 0,001). Conclusiones: la ingesta elevada de carbohidratos de rápida absorción, altos en sacarosa y bajos en fibra se asocia como factor de riesgo en el incremento de HbA1c. La ingesta total de energía y el patrón de alimentación saludable se debe priorizar sobre la distribución de macronutrientes. Es importante la asesoría de un experto en nutrición especializado en diabetes quien, en colaboración con el equipo médico, debe determinar el tratamiento para cumplir con los objetivos individuales del paciente.

Estudio de casos y controles sobre factores asociados a retinopatía en pacientes con diabétes mellitus tipo 2 Fundación DONUM 2000-2005

Se trata de un estudio de casos y controles, pareado con edad, ocupación y sexo, realizado en pacientes diabéticos atendidos en la Fundación DONUM de la ciudad de Cuenca. De las 1.100 historias clínicas existntes en el período comprendido entre enero de 2001 y julio del 2005, se eligieron 408, de las cuales 101 pertenecieron a los casos (diabéticos con retinopatía) y 307 a controles (diabéticos sin retinopatía); se identificaron como variables independientes, la evolución en años de la diabetees, dislipidemia e hipertensión arterial; hemoglobina glucosilada, concentración de glicemia, colesterol, triglicéridos y colesterol LDL. Resultados: no hubo diferencia entre los casos y controles en edad, ocupación y sexo. Entre los factores de riesgo asociados de manera significativa, se encontraron la evolución de más de 10 años de diabetes OR (Odds ratio) 10.63, IC 95(intervalo de confianza) 6.16-10.43; más de 5 años de dislipidemia OR 10.29, IC 85(3.82-13.40); presión arterial sistólica>- 130 mmHG. OR 2.91, IC 95(1.74-4.90); colesterol total >- 200mg/dl OR 1.97, IC 95(1.17-3.31); presión arterial diastolica >- 80mmHG. [OR 1.87, IC 95(1.09-3-23). Entre los factores asociados de manera no significativa están: colesterol LDL >- 100 mg/dl OR 1.90, IC 95(0.98-3.73); índice de masa corporal>- 30 Kg/m2 OR 1.43, IC 95(0.87-2.34). Conclusión: los factores asociados a retinopatía de manera significativa son tiempo de evolución de diabetes, de dislipidemia, de hieprtensión arterial, presión arterial sistólica>- 130mmHG., colesterol total >- 200mg/dl y presión arterial diastólica >- 80mmHG

Bonding agent underneath sealant: shear bond strength to oil-contaminated

This study evaluated in vitro the shear bond strength of a resin-based pit-and-fissure sealant (Fluroshield - F) associated with either an ethanol-based (Adper Single Bond 2 - SB) or an acetone-based (Prime & Bond - PB) adhesive system under conditions of oil contamination. Mesial and distal enamel surfaces from 30 sound third molars were randomly assigned to 2 groups (n=30): I - no oil contamination; II - oil contamination. Contamination (0.25 mL during 10 s) was performed after 37% phosphoric acid etching with an air/oil spray. The specimens were randomly assigned to subgroups, according to the bonding protocol adopted: subgroup A - F was applied to enamel without an intermediate bonding agent layer; In subgroups B and C, SB and PB, respectively, were applied, light-cured, and then F was applied and light-cured. Shear bond strength was tested at a crosshead speed of 0.5 mm/min in a universal testing machine. Means (± SD) in MPa were: IA-11.28 (±1.84); IIA-12.02 (±1.15); IB-9.73 (±2.38); IIB-9.62 (±2.29); IC-28.30 (±1.63); and IIC-25.50 (±1.91). It may be concluded that the oil contamination affected negatively the sealant bonding to enamel and the acetone-based adhesive system (PB) layer applied underneath the sealant was able to prevent its deleterious effects to adhesion.

Associação entre prática de atividade física, escolaridade e perfil alimentar de motoristas de caminhão

A demanda da sociedade moderna intensificou o trabalho ininterrupto em diversas profissões. Além disso, o modo de organização da sociedade, com atividades predominantemente mecanizadas, tem contribuído para a prevalência de hábitos de vida não saudáveis, como a inatividade física. Este estudo objetiva verificar se fatores ocupacionais, sociodemográficos, antropométricos e alimentares estão associados à prática de atividade física insuficiente e se há diferenças nessa associação entre motoristas de caminhão que trabalham de dia ou à noite. Participaram da pesquisa 470 motoristas de caminhão, que responderam a questionários de dados sociodemográficos, atividade física e frequência alimentar. Foi realizada uma regressão logística univariada para verificar a associação entre atividade física insuficiente e as demais variáveis. Além disso, a regressão logística múltipla foi testada para obter modelos que mostrem a associação de conjuntos de variáveis relacionados à atividade física insuficiente. Os resultados indicaram que a prática de atividade física está associada ao maior nível de escolaridade (OR = 1,84; IC = 1,22-2,76) e menor consumo de bebidas alcoólicas (OR = 1,59; IC = 1,04-2,45). Maior ingestão de cereais integrais (OR = 1,63; IC = 1,08-2,46) foi associada à prática regular de atividade física. Entre os trabalhadores noturnos, foi encontrada associação entre a prática regular de atividade física, maior consumo de cereais integrais (OR = 2,02; IC =1,13-3,60) e menor consumo de carboidratos simples (OR = 1,91; IC = 1,08-3,37).

Prevalência de asma e fatores de risco em escolares da cidade de São Paulo

OBJETIVO: Analisar a prevalência de asma e possíveis fatores de risco associados. MÉTODOS: Estudo transversal, integrante do International Study of Asthma and Allergies in Childhood. Participaram 561 escolares de seis a sete anos de idade, provenientes de 35 escolas públicas da cidade de São Paulo, escolhidas por sorteio, em 2002. A amostra incluiu 168 asmáticos e 393 não asmáticos, que responderam questionário constituído por 33 questões referentes a dados pessoais, familiares e ambientais. A associação entre asma e fatores de risco foi avaliada pela análise de regressão logística, considerando-se nível de significância estatística de 5%. RESULTADOS: Entre os escolares, 31,2% referiam sibilos nos 12 meses anteriores à entrevista. Os fatores de risco significativamente associados à asma foram: sexo masculino (OR=2,4;IC 95%: 1,4;4,2), mãe fumante no primeiro ano de vida (OR=2,0; IC 95%: 1,1;3,8), presença de eczema em locais característicos (OR=3,0; IC 95%:1,2; 7,6) e rinoconjuntivite (OR=2,4;IC 95%: 1,2; 4,8). CONCLUSÕES: A prevalência de asma na região estudada foi elevada e os fatores de risco relacionados foram: sexo masculino, sintomas de rinoconjuntivite no último ano, mãe fumante no primeiro ano de vida e presença de eczema em locais característicos.