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是什么延误了3-D TSV的发展?

作者:Jan Vardaman President TechSearch International Inc., www.techsearchinc.com   2008-05-04   点击:395

Jan Vardaman President TechSearch International Inc  对于堆叠器件3-D封装领域而言,穿透硅通孔技术TSV)是一种新兴的技术解决方案。将器件3-D层叠和连接可以进一步加快产品的时钟频率、降低能耗和提高集成密度。由于3-D TSV技术有助于提高产品电学性能、解决内存延时问题、降低芯片功耗和噪声,它能够在许多领域获得运用。包括高带宽内存与逻辑器件的界面应用等在内的特殊需求领域已经成为推动TSV技术发展的主要动力。

  正因为如此,对这项技术人们翘首以盼,许多业界参与者正期待着它能够早日进入量产阶段。那么对这项技术来说,何时是发展的大好时机、何时又不是?将两片硅片层叠、整合,并用通孔将在其相互连接,成本无疑是高昂的。业界需要基于产品性能的提升、功能的增强或系统成本的降低等方面来综合考虑花费的代价是否值得。简而言之,所有的问题归结为TSV技术的市场需求何时释放出来?

  当获利大于支出时,TSV技术的市场就会开始出现。现在,越来越多来自主流的声音认为3-D封装是大势所趋。3-D TSV技术必将成为现实,关键是在什么时候。

  不断小型化的需求是3-D TSV技术得以发展的原动力之一。今天,Toshiba、Oki Electric和其它公司制造

的用于数码照相机的图像传感器是第一种应用这种技术的产品。然而,在大部分的应用场合,对TSV技术的需求并不会只满足于缩小产品尺寸。如果仅仅需要缩小体积,相对于芯片纵向集成的TSV技术而言,在封装时采用芯片堆叠和引线键合技术将更为经济、实用,这项技术也在移动电话中被广泛采用,并将在质疑声中继续壮大。也正是由于引线键合成本较低且能够满足对产品密度的需求,Samsung已经对NAND闪存采用TSV封装技术提出了质疑,其它一些公司也对TSV技术过高的成本持保留意见。目前来看,用于NAND闪存的TSV封装技术在2012年前不会得到大规模的应用。

  而许多DRAM制造商已经研发采用TSV技术的产品了,第一块采用TSV技术的商用DRAM将于2010年投放服务器市场。第一块采用TSV技术并带有DRAM的堆叠微处理器将于2014年面世。可编程门阵列(FPGA)将在2013年后开始采用TSV技术,整体计划受到产品的已知良好芯片(KGD)、成本和成品率等方面问题的制约。

  相关技术障碍

  尽管3-D封装技术有着诸多的优势,但是目前仍然有一些不利因素制约着这项技术的发展。为了能够使其进一步发扬光大,这些问题必须被解决:

  ■  商业化的EDA软件和设计方法
  ■  由于功率密度增加而引发的热力学问题
  ■  测试相关的问题

  没有EDA工具和方法支持和指导电路设计人员采用这项技术,3-D集成技术就不可能实现商业化。设计软件带有精准的热力学模型、具备有限元分析能力和设计布局功能,这些特色使3-D设计更为方便、流畅。但是,目前所使用的2-D IC设计软件并不能方便的满足3-D IC设计的需求。

  3-D集成技术对热力学效应更为敏感。针对这一问题已经有了许多解决方案;但是,各种解决方案都会牺牲宝贵的芯片空间。

  许多公司并没有对采用TSV技术的复杂器件在生产环节中出现的问题进行充分的调查、研究。科学家计划采用KGD模式来改善上述问题,但相应的测试技术仍然还处于研发阶段,且不对外公布。

  结束语

  毫无疑问,3-D TSV封装技术将被业界接受,但何时用于大规模生产取决于如何才能使这项技术在成本方面能够和目前使用的技术相媲美。用于数码相机的图像传感器已经使用了这项技术并将其量产。而其它方面的应用将会比预期的时间更长,而且设计、热力学问题以及测量方面的问题也妨碍着TSV技术进一步大展拳脚。

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