IBM计划在今年样产首款利用金属实现芯片间直接互连的商用组件，此举虽小，但却在迈向3D封装的演进道路上建立了一项新的里程碑。这种新型的芯片设计方式可能提高多种系统的性能，并降低其功耗和成本。
在2008年，IBM这位蓝色巨人的新型功率放大器(PA)也将投入量产，据称其PA产品可为电源/接地层提供多达100个直接金属连接。这种连接方式可使产品功耗降低40%－该特性在手机或Wi-Fi配接器中至为关键。
目前，业界共有十几家大小型公司正追求所谓的‘硅穿孔’(TSV)或其它形式的3D封装技术，以作为芯片间直接互连的下一个巨大跃进，而IBM公司正是其中之一。日前，一群半导体技术专家曾齐聚一堂，首次为TSV技术草拟产业发展蓝图，并希望正式的发展蓝图能够在今年年底出炉。
3D封装技术超越了目前广泛使用的系统单芯片(SoC)和系统级封装(SiP)方法。该技术不再采用介质基板和导线，而是让原始硅晶圆透过几十微米宽的微小金属填充孔相互槽嵌在一起。相较于目前封装方式所能达到的水平，该技术能以更低的功耗和更高的数据速率来连接多种不同的组件。
“为了连接这些微米级的过孔，目前所采用的各种毫米级
导线必须再加以处理。”芯片产业研发联盟Sematech的互连部门总监Sitaram Arkalgud表示，“终极目标是找到一种方法将异质堆栈中的CMOS、生物微机电系统(bio-MEMS)，以及其它组件连接起来。为此，业界或许需要一个标准的3D联机协议来布局过孔。”Arkalgud也参与起草3D芯片发展蓝图。
“这将为芯片产业开辟一片全新的天地，”市调机构VLSI Research创办的WeSRCH网站总监David Lammers表示。
攀登3D阶梯
IBM将采用循序渐进方式来启动3D封装技术。除了PA以外，IBM还计划采用该技术使微处理器与接地层连接，以稳定芯片上的功率分布，而这将需要超过100个过孔来连接稳压器和其它被动组件。
IBM已经完成了一款设计原型，并预计此举能将使CPU的功耗减少20%。不过，“我们还未决定将其插入产品计划的哪个环节。”IBM探索研究小组资深研究经理Wilfried Haensch表示。
IBM的最终目标是采用数千个互连组件来实现CPU和内存之间的高频宽连接。IBM已将其蓝色基因(Blue Gene)超级计算机中所使用的客制Power处理器改为TSV封装。新的芯片将能与高速缓存芯片直接搭配，目前，采用该技术的一款SRAM原型正在IBM的300mm生产在线，利用65nm制程技术制造。
“我认为，2010年将出现采用该途径来连接高速缓存的微处理器，”Lammers指出。“我认为，真正需要这种技术的是具备超过10颗核心的处理器。因为，在那样的情况下，处理器和内存之间的频宽将会出现问题。”
在英特尔和AMD间持续进行的竞争中，该新技术将会成为一个重要筹码。虽然AMD与IBM合作开发制程技术，但AMD可能必须向IBM取得该封装技术的特别授权─这也许会发生在32nm节点世代，Lammers介绍。
英特尔也在开发TSV技术。英特尔计划在未来的兆次(Tera-Hz)处理器研究中采用这种技术，该公司研发部负责人Justin Rattner在去年的英特尔开发者论坛(IDF)上曾如此表示。
IBM声称，TSV可使芯片上数据传输所需的距离缩短1,000倍，并使每个组件的互连性增加100倍。“这项突破是IBM十多年来的研究结晶，”IBM半导体研发中心副总裁Lisa Su表示。
芯片制造商多年来一直在研究3D互连技术，但截至目前为止，该技术仍被认为是一种针对特定应用领域的昂贵技术。工程师一直在研究穿孔、晶圆级接合，以及其它替代的技术。由于众多专家相信2009年将出现一场互连危机，所以针对3D互连和封装的需求已变得日益迫切。这场危机的根源在于：随着芯片制程节点的微缩，芯片设计中铝或铜导线也变得越来越细，因而导致潜在的时序延迟以及多余的铜阻抗。
但即使IBM已经提出声明，业界仍面临着成本、良率和测试等一系列棘手问题，专注于封装议题的Prismark Partners公司资深顾问Brandon Prior表示。
新兴的芯片堆栈技术目前仍不成熟且十分昂贵。此外，芯片堆栈的热耗散则是另一个主要问题。如今，已有几家公司正样产TSV产品，但却没有一家能显现出足以取代目前稳定的接合技术或能在PoP技术上取得新进展的潜力。
的确，堆栈多个封装基板的方法仍是目前封装技术中最热门的发展部份，Amkor公司业务拓展经理Lee Smith表示。美国电子工程设计协会(Jedec)已经为该方法建立了一系列标准，而且这些技术现正被整合内存和逻辑芯片的手机堆栈迅速采用，Smith介绍。
Tessera希望能借助PoP发展之