打破平面IC设计思维 TSV引领3D IC新浪潮

 

　　为了延续摩尔定律的增长趋势，芯片技术已来到所谓的“超越摩尔定律”的3D集成时代。从IDM到无晶圆厂和CMOS晶圆厂，从外包半导体封测厂到基板与电路装配运营商，整个产业供应链都涉及在内。硅直通孔3D集成技术 (3D-TSV)将加速CMOS晶圆厂的合并、以及向无晶圆厂模式转变的趋势。

　　据市场研究公司Yole Developpement统计，到2015年，3D-TSV晶圆的出货量将达数百万，并可能对25%的存储器业务产生影响。2015年，除了存储器，3D-TSV晶圆在整个半导体产业的份额也将超过6%。

　　3D的推动力量

　　3D集成的好处包括可获得更小的外形尺寸，增加封装密度，可以满足带宽要求，提高RF和功耗性能，降低成本。可靠性也是它的一大优势，因为可以利用3D TSV取代线邦定或倒装互连，利用3D堆叠晶圆级光学元件取代注塑模透镜模组，通过若干层的垂直集成，可制造出可靠性更高的系统。此外，3D技术还能够有力推动新系统在汽车、电信和消费市场等环境恶劣且空间受限的应用环境中的使用。

　　RAM存储器将是首批采用3D堆叠技术的市场，但未来会有越来越多的闪存被集成在多芯片封装、叠层封装、SiP、手机卡插槽以及固态硬盘中。

　　满足多种需求

　　3D晶圆级封装平台已投入使用，可用背面有通孔的晶圆来生产CMOS图像传感器。它的应用范围还将扩展到功率放大器模块。而且，针对堆叠存储器和逻辑芯片的3D TSV堆叠平台也在开发中。向前通孔(Via-First)结构转变是另一个发展趋势，目前通孔直径可小至1-5μm，互连数目可达每芯片500-2,000。

　　同时，一些MEMS应用也开始采用3D 内插器模块平台来整合ASIC 和 MEMS芯片。这种技术平台还可能运用到许多SiP应用中。

　　

 

　　图1：增长领域：3D封装技术首先用于图像传感器，然后将进入半导体各个领域并不断增长。

　　

 

　　图2：技术分析：到2013年，59%的3D TSV封装芯片将采用堆叠形式。

　　

 

　　图3：制作芯片：在设计方案提出之后，设备和材料就成为制造3D-TSV IC的关键因素，而它们的市场规模将分别在2013 和 2015年达到10亿美元。