三维集成电路的互连系统分为水平互连线和硅通孔两部分。如今，随着对芯片小型化的需求和制造工艺的提高，信号的波长与传输线长可以比拟，这意着需要考虑传输线特性[6]。同时，由于信号在传输线上的延时已经远超过栅极上的延时，因此，集成电路设计的中心问题已由晶体管转向互连线[7]。如果工作频率不断升高，互连线的趋肤效应更加明显，趋附深度会减小，相应地，这显著增大其传输电阻[8]。然而，频率的升高对互电感的影响更大，在频率大于1GHz时，邻近效应将引起电流的堆积，这种电流重分配将显著地影响互电感系数；部分电容受互连线尺寸的影响，连线水平尺寸与垂直尺寸不按相同比例缩小，连线间距减小，连线厚度基本维持不变，导致线间寄生电容增大。因此，对互连系统准确地建模，同时对所建模型快速优化设计研究，解决由互连结构的高频电磁场效应所引起的信号完整性问题显得尤为重要。

目前，对互连线的建模和优化国内外已有许多专家取得了一定的研究成果。电子器件不断缩小，电路的集成度不断提高，相应地会大大增加互连线的数量。在高速集成电路中，互连线的结构越来越复杂，有三维、多层、非均匀、过孔、拐角、T形等，因而对互连线的建模也就越来越困难。另外，如何对互连线的结构和形状进行快速优化设计以满足电路的性能参数要求也是摆在我们面前的一个难题。而在三维集成电路中，互连线不仅仅是对单片电路有影响，不同芯片之间的串扰，和硅通孔之间的耦合都是需要考虑的问题，其优化过程将会更加复杂。

对于三维集成电路的硅通孔，其主要作用是实现芯片的垂直互连。硅通孔的电阻，电容和电感的参数与其物理尺寸及材料参数的关系已经得到了详尽的研究[9]-[13]。值得注意的是，硅通孔的耦合电容非常大[10]，以至于其对定时和功率互连产生巨大的影响。目前，Dae Hyun Kim, Saibal Mukhopadhyay, Sung Kyu Lim三人已经对矩形硅通孔和水平互连线之间的耦合电容，多层互连线与接地平面的耦合电容，边缘电容，硅通孔之间的耦合电容以及硅通孔对延时效应的影响做了细致的研究[14]。对于硅通孔的耦合噪声，现在已经提出多种方法克服，J Cho等人提出使用保护环来减小硅通孔的耦合噪声[15]。同轴硅通孔，可以很好地抑制硅通孔的耦合噪声，但其具有体积相对于传统硅通孔更大，加工技术不是很成熟的缺点，即便如此，同轴硅通孔的集总参数电路建模仍然受到很多专家的重视，他们分别用不同的方法对同轴硅通孔建模同时对同轴硅通孔的不同填充介质和填充方法做了相应的分析。硅通孔的噪声过大将会引起其在传输信号时出现码间串扰，为此，通过加入欧姆接触结构很大程度上减小了其码间串扰。

在三维集成电路中，对于硅通孔和互连线构成的复杂结构，目前尚未有较为成熟的方法快速建模，特别是针对较为复杂的水平互连线时，其不同的拓扑结构对硅通孔产生的影响还没有详尽的研究成果。对于硅通孔产生的耦合电感，在硅通孔之间距离较大时其产生的互电感较小，当电路密度较高时，硅通孔的间距较小，硅通孔与硅通孔之间的互电感就会比较大，其对能量消耗和延时的影响还没有深入的研究。对不同结构的硅通孔，比如圆柱形的，圆台形的，矩形的其对复杂水平互连结构的影响，以及不同硅通孔在复杂互连系统中的建模方法和相关性能还没有成熟的分析。

电磁学数值分析方法有很多种，包括部分元等效电路算法（PEEC），有限元法，时域有限差分（FDTD）方法和矩量法（MOM）等。通过这些方法对所研究结构建模，可以得到等效集总参数电路模型，使用矩阵法可以求解其电路模型。