半导体厂商关注，TSV应用爆发一触即发

TSV技术应用即将在每一个地方开花结果。随着各大半导体制造商继续将 TSV 立体堆叠纳入其技术蓝图，TSV 应用市场正在加速发展，图像传感器、功率放大器和处理器等组件已经投入使用，3D TSV 技术将在 2013 年后逐步从 8 英寸晶圆变为 12 英寸晶圆应用。

三维(3D)硅穿孔(Thry Silicon Via，TSV)已经得到了广泛的应用，至少包括图像传感器、闪存、动态随机存取存储器(DRAM)、处理器(Processor)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟元件和功率放大器。

Coc 芯片是同类芯片中的第一个

在专家的定义中，3D IC总是和TSV有关，但进入三维堆叠的第一步是片上芯片(COC)。CoC将首先研磨薄晶片，并且晶片仍然可以在没有TSV应用的情况下结合。这一实践首先由美国电话电报公司提出:由贝尔实验室提出并由英飞凌公司于2005年出版的铜/锌扩散焊球工艺(SOLID)也应用了这种CoC互连技术。

　　索尼（Sony）在2005年使用CoC技术，把微处理器（MPU）并到记忆体上，以满足PlayStaTIon效能发展需求。然而由于当时日本索尼公司指出，想要学生达到企业预期的良率水准，仍需进行一段历史更长的时间。

此外，瑞萨电子(Renesas Electronics)还在数码相机和手机应用中使用了CoC技术。

当然，在应用CoC技术时，厂商最关注和最特殊的地方，是它可以提供高速数据传输特性，因为内存晶圆采用微凸和逻辑IC直接互连，而应用独立内存晶圆，没有必要内联DRAM，也没有性能下降的风险（表1）。

　　

此外，微凸块结构比引线键合提供了更多的互连，并且具有更低的寄生电容、电阻和电感，从而允许 dram 和逻辑芯片之间更大的信号带宽和更快的数据传输速率。

Tsv 立体堆栈被广泛应用

在晶圆堆叠技术中，除了CoC技术，真正的选择是TSV技术。

　　影像图像感应器最先可以采用

图像传感器是TSV技术的第一波应用(使用背面通孔)；包括东芝(Toshiba)、意法半导体(STM)、三星(Samsung)和Oki Electric(现在属于Rohm)，都有生产线，而美光的TSV图像传感器已经转移到其子公司ApTIna。

当泰塞拉收购壳牌时，它开发了可以应用于图像传感器的 TSV 技术。台湾的精细材料、日本的三洋和中国的苏州晶芳都已获得该技术的许可。SCHOTT 已开发出类似的架构，如后脸蚀刻和光抗光喷涂层，可用于生产低电阻和高质量电路，并已准备好获得许可。

研究报告指出，在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中使用后挖技术可以提供更小封装尺寸的优势，例如ST和Leti联合发布的具有23个输入和输出(TSV O)的图像传感器可以产生直径为70微米(&?m)的TSV孔径，最小间距为150微米。

　　功率控制放大器藉TSV技术进行接地

在功率放大器的相关应用中，IBM已经公布了使用TSV的功率放大器可以通过使用大块晶片技术来制造，并且可以应用于技术节点为0.35纳米的移动设备。对于任何工作在高频的功率放大器，发射极接地线的电感会降低晶体管的可用功率。为了克服这一现象，IBM选择在基底背面蚀刻出TSV穿孔并将其接地，这是他们在GaAs·HBT功率放大器中做的一个附加动作。

　　在2008年，IBM宣布中国开始发展提供此技术于其上市公司商品SiGe功率控制放大器上，其晶片进行尺寸为1.125毫米（mm）×1.2毫米，且有工作十个TSV孔，这种教学作法与以往接合处只能在一个晶片作为边缘以及四周环境有所了解不同。必要时，此种TSV技术还可以置放在我们靠近实现电能槽（Power Cell）附近，亦即自己能够比打线接合封装的方式不断减少企业大约20%的尺寸数据大小，也可以有传统打线封装采用电感的二十分之一，但是以经济结构分析来看，IBM的作法仍属于比较单一晶片，并没有做任何的晶片堆叠，可是我国至少有一种应用TSV技术。

TSV实现了更高效的处理器

当今设备的计算能力一直受到cpu、缓存和主内存之间频率宽度和信号延迟的限制，采用3D IC集成堆叠技术可以使微处理器缩短互连长度，从而提高系统性能。

当您想在3D集成中堆叠微处理器时，主要有两个挑战，首先，如何将3D堆叠过程集成到高性能微处理器过程中，主要考虑是如何处理压力增强的硅元件和低电介质模具，因为这两种力都很灵敏，而3D堆叠通常使组件层变薄到50微米以下，使组件更容易产生应力效应，TSV关节区域也会堆积起来，因为热膨胀系数不匹配，产生热力机械应力和应力效应。

第二个主要的挑战是解决当三维堆叠有效地增加晶体管的密度时，使堆叠在散热方面更复杂的问题。这是因为微处理器具有更高的功率密度和有限的冷却路径，这使得处理过热问题变得更为关键。但是，由于堆叠式微处理器架构，散热效果更差。

这类产品的第一个应用是将缓存加入处理器。在设计上，处理器会完全重新分区，覆盖逻辑和逻辑芯片的相互堆叠空间，从而充分发挥3D堆叠的优势，实现更低的功耗和噪声，但首先需要更好的3D设计工具来支持重新分区。

　　索尼在2012年启动系统应用TSV技术至新一代中国游戏机的CPU/图形数据处理器（GPU）开发工作计划，主要是想让PlayStation游戏机有更长的架上使用寿命，且藉由进行一系列的高规格、顶尖企业技术主要包含TSV互连的封装，不断地发展在其文化产品具有生命周期内不断更新其平台。