Διαδικασία TSV

ΤσιPρομπότOερεθίσματα

Η τεχνολογία συσκευασίας 2.5D/3D, όπως η τρέχουσα τεχνολογία συσκευασίας αιχμής, διαθέτει μεγάλη ποικιλία διαλυμάτων και θα προσαρμόζεται δυναμικά ανάλογα με τις διαφορετικές ανάγκες εφαρμογής και την ανάπτυξη της τεχνολογίας, καλύπτοντας την αραίωση των τσιπ, τη συγκόλληση τσιπ, τη συγκόλληση καλωδίων, τη συγκόλληση Flip, το TSV, την πλαστική συσκευασία, το υπόστρωμα, το πλαίσιο μολύβδου, την ταινία μεταφοράς, την ταινία μεταφορών και τους άλλους τύπους. Ορισμένες διαδικασίες πρέπει να αναπτυχθούν περαιτέρω ανάλογα με τις ειδικές απαιτήσεις της συσκευασίας 2,5D/3D, όπως η τεχνολογία συγκόλλησης σύρματος σε συσκευασία 3D, η οποία διαθέτει υψηλότερα πρότυπα για το ύψος του τόξου και τη συγκόλληση του μεγέθους της άρθρωσης, το οποίο απαιτεί βελτίωση της διαδικασίας και καινοτομία. Εκτός από τη διαδικασία TSV, αυτό το βιβλίο έχει εισαγάγει τις περισσότερες σχετικές τεχνολογίες και λόγω των περιορισμών του χώρου, το κεφάλαιο αυτό επικεντρώνεται μόνο στην τεχνολογία διαδικασίας TSV.

Σε σύγκριση με τη συγκόλληση των καλωδίων, το TSV μπορεί να μειώσει σημαντικά το μήκος των καλωδίων διασύνδεσης, να μειώσει την καθυστέρηση και την απώλεια της μετάδοσης σήματος, να αυξήσει την ταχύτητα μετάδοσης σήματος και το εύρος ζώνης, να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και να μειώσει το μέγεθος του πακέτου και είναι ένα από τα αποτελεσματικά μέσα για την επίτευξη πολυλειτουργικών, υψηλής απόδοσης, υψηλής αξιοπιστίας και ελαφρύτερου, λεπτότερου και μικρότερου συστήματος. Καθώς η βασική τεχνολογία της συσκευασίας 2,5D/3D, το TSV είναι διαφορετική από τις άλλες συσκευασίες 3D που χρησιμοποιεί μεσάζοντες όπως τα υποστρώματα και την καλωδίωση φιλμ και τα τσιπ συνδέονται με αγώγιμους δηλωτικούς και συγκολλητικούς δεσμούς, με λιγότερο θερμική ασταμάτητη και μικρότερο μήκος διασύνδεσης.

0040-09094 Επιμελητήριο 200mm

Η εξαιρετική απόδοση συσκευασίας 3D και το τεράστιο αναπτυξιακό δυναμικό της TSV ονομάζονται τεχνολογία συσκευασίας της τέταρτης γενιάς. Στα μέσα της δεκαετίας του '80 του 20ου αιώνα, προτάθηκε σαφώς η έννοια της πλήρωσης των αγωγών σε κάθετα TSV, αν και δεν είχε ακόμη πραγματοποιηθεί εκείνη τη στιγμή. Στα μέσα της δεκαετίας του '90 του 20ου αιώνα, η Bosch ανέπτυξε τεχνολογία βαθιάς αντιδραστικής χάραξης ιόντων (DRIE), η οποία κατέστησε δυνατή τη χαρά των κατακόρυφων βαθιών οπών σε πλακίδια πυριτίου. Στα τέλη του 20ου αιώνα, επιτεύχθηκε επιτυχώς επιτυχημένη αναλογία βάθους TSV γεμάτη με βολφραμίου ή πολυσυριτίνα. Από το 2000, ο ηλεκτρολυτικός χαλκός σε βαθιές τρύπες έχει γίνει σταδιακά ο κύριος τρόπος για να γεμίσει τον υψηλό λόγο Abyss TSV. Έκτοτε, οι προόδους στη συγκόλληση των πλακιδίων, στην κατασκευή χτυπήματος, στην αραίωση των πλακιδίων και στη χημική-μηχανική στίλβωση προώθησαν περαιτέρω τη βελτίωση της τεχνολογίας συσκευασίας TSV.

0020-33806 Άνω θάλαμο DPS + POLY

Διαδικασία TSV

Η τεχνολογία TSV είναι ουσιαστικά μια διαδικασία επιπέδου πλακιδίων, έτσι ώστε η παραγωγή της να μπορεί να ενσωματωθεί σε διαφορετικές πτυχές της διαδικασίας κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η οποία μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις τύπους: μπροστά μπροστά, μπροστά, μπροστινή μέση μέσω, μπροστά πίσω και πίσω.

Τα βήματα που βλέπουν προς τα εμπρός αναφέρονται σε οπές γεώτρησης στην επιφάνεια του ενεργού κυκλώματος του δίσκου. Το μπροστινό μέρος μέσω της τεχνολογίας είναι ο σχηματισμός των βδέλων στο αρχικό υπόστρωμα πυριτίου, δηλαδή η κατασκευή της διαμέσου της οπής ολοκληρώνεται πριν σχηματιστεί το ενεργό στρώμα της διαδικασίας κατασκευής του εμπρόσθιου άκρου του τσιπ και η κατασκευή TSV μπορεί να διεξαχθεί πριν από τη διαδικασία διασύνδεσης μετάλλων στο μπροστινό άκρο του Fab. Το σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της λύσης είναι ότι δεν χρειάζεται να αλλάξει τη διαδικασία και το σχεδιασμό των υφιστάμενων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και μπορεί επίσης να μειώσει το κόστος της εναπόθεσης στρώματος σπόρων, να συντομεύσει το χρόνο επιμετάλλωσης και να αυξήσει την παραγωγική ικανότητα και ορισμένοι κατασκευαστές έχουν υιοθετήσει αυτήν την τεχνολογία στον τομέα του φλας υψηλού επιπέδου και του DRAM. Όταν οι οπές TSV γίνονται μεταξύ CMOs και του πίσω άκρου της γραμμής (BEOL), ονομάζονται δηλωτές μπροστινών μέσων, όπου το BEOL αναφέρεται στη διαδικασία της κατασκευής τσιπ, η οποία αρχίζει με το πρώτο στρώμα της μεταλλικής διασύνδεσης μετά την ολοκλήρωση μιας ενιαίας συσκευής και ολοκληρώνεται στο Wafer Fab. Η τεχνολογία πίσω μετά την τρύπα είναι διάτρηση στην πίσω πλευρά, αφού ένα τσιπ ή ένα δίσκο είναι συνδεδεμένο με ένα άλλο δίσκο.

Η διαδικασία της παραγωγής TSV έχει ως εξής: (1) τρυπάνι βαθιές τρύπες στο δίσκο πυριτίου για να υπερβεί το πάχος στόχου του TSV. (2) ιζηματογενές μεσαίο στρώμα. (3) εναπόθεση στρωμάτων φραγμού, στρώματα προσκόλλησης και μεταλλικά στρώματα σπόρων στην επιφάνεια των πλακών πυριτίου και των βαθιών πόρων. (4) γεμίστε τη βαθιά τρύπα με ηλεκτρολυτικό χαλκό ή άλλα αγώγιμα υλικά. (5) χρησιμοποιήστε χημική μηχανική στίλβωση για να επιτύχετε επιφανειακή ισοπέδωση και αφαιρέστε την υπερβολική στρώση μεταλλικού στρώματος. (6) Το στρώμα χαλκού ή το αγώγιμο στρώμα της οπής εκτίθεται με λείανση ή χάραξη.

Βασικές διαδικασίες για την τεχνολογία TSV

Οι βασικές διαδικασίες του TSV περιλαμβάνουν την αραίωση των πλακιδίων, την κατασκευή της οπής και τη συγκόλληση.

1. Αραίωση

Η διαδικασία TSV έχει αυστηρές απαιτήσεις για το πάχος των δισκίων, οι οποίες πρέπει να ελέγχονται εντός 75 μm. Με την αύξηση της πυκνότητας του πακέτου TSV και τη μείωση του μεγέθους του ανοίγματος, το πάχος του δίσκου εξακολουθεί να μειώνεται, οπότε η αραίωση των δισκίων έχει γίνει ένας από τους βασικούς δεσμούς της διαδικασίας TSV. Η διαδικασία αραίωσης της παραδοσιακής συσκευασίας συνήθως χρειάζεται μόνο να μειώσει το δίσκο σε 200 ~ 350 μm και η ειδική συσκευασία πρέπει να μειωθεί μόνο στα 150 ~ 180 μm, οπότε το πλακίδιο πυρίτιο είναι ακόμα αρκετά παχύ για να αντέξει τη βλάβη και την εσωτερική πίεση που προκαλείται από την άλεση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αραίωσης και η δική του ακαμψία είναι εύκολο να μεταφερθεί. Ωστόσο, η διαδικασία TSV απαιτεί αραίωση δισκίων σε λιγότερο από 50 μm και πώς να μειωθεί η αραίωση ζημιών και να επιτευχθεί σταθερή μεταφορά εύκαμπτων πλακών έχει γίνει μια νέα πρόκληση. Στην παραδοσιακή διαδικασία αραίωσης, η βλάβη της επιφάνειας που απομένει μετά από τραχιά άλεση και λεπτή λείανση είναι η κύρια αιτία θραύσης του πυριτίου - η λείανση είναι μια φυσικά καταστροφική διαδικασία που αφαιρεί το υλικό πυριτίου μέσω της φυσικής πίεσης, της βλάβης, της ρωγμής και των διαδικασιών απομάκρυνσης. Προκειμένου να εξαλειφθεί η επιφανειακή βλάβη και το στρες, η βιομηχανία έχει δοκιμάσει διάφορες μεθόδους όπως ξηρή στίλβωση, υγρή στίλβωση, ξηρή χάραξη και υγρή χάραξη. Επί του παρόντος, η κύρια λύση στον κλάδο είναι η χρήση ολοκληρωμένου εξοπλισμού, ο οποίος ενσωματώνει την λείανση, τη στίλβωση, την απομάκρυνση της μεμβράνης και την επένδυση του κινηματογραφικού κυπέλλου που διατηρείται από το μηχανικό σύστημα μεταφοράς πυριτίου και η όλη διαδικασία των θαλάσσιων πλακιδίων από την άλεση για την επικόλληση της ταινίας dicing προσροφάται στο κενό του κυπέλλου μέσω του μηχανικού συστήματος μετακίνησης και είναι πάντα σε μια κατάσταση. Όταν το πλακίδιο πυριτίου επικολλείται στην ταινία Dicing, ακόμη και αν το πάχος είναι λεπτότερο από το φιλμ dicing, θα παραμείνει επίπεδη ανάλογα με το σχήμα της ταινίας και δεν θα στρεβλωθεί πλέον ή θα μειωθεί, επιλύοντας έτσι το πρόβλημα των μεταφορών.

2. Μέσα από την τρύπα

1) τρυπάνι

Η γεώτρηση του πλακιδίου είναι το βασικό τμήμα της διαδικασίας TSV και χρησιμοποιεί επί του παρόντος δύο κύριες μεθόδους: ξηρή χάραξη (επίσης γνωστή ως χάραξη Bosch) και χάραξη με λέιζερ. Αρχικά αναπτύχθηκε για την τεχνολογία MEMS, η διαδικασία χάραξης Bosch χαρακτηρίζεται από ταχεία αφαίρεση εναλλασσόμενου πυριτίου (χρησιμοποιώντας τη χάραξη πλάσματος SF₆) και την παθητικοποίηση του πλευρικού τοιχώματος (χρησιμοποιώντας την εναπόθεση πλάσματος CF₄). Ο ρυθμός κρύου χάραξης μπορεί να φτάσει τα 50 μm/min, ο λόγος διαστάσεων μπορεί να φτάσει το 1:80 και η ακρίβεια είναι υπο-μικροσκοπική.

Η χάραξη με λέιζερ εξαλείφει την ανάγκη για μάσκες, εξαλείφοντας την ανάγκη για επικάλυψη φωτοαντιστάτης, έκθεση, ανάπτυξη και ντεκόρ. Η Samsung της Νότιας Κορέας έχει εφαρμόσει αυτήν την τεχνολογία στη στοίβαξη μνήμης. Η αναλογία διαστάσεων της χάραξης λέιζερ είναι περίπου 7: 1, η οποία είναι ασθενέστερη από την ξηρή χάραξη και είναι πιο κατάλληλη για σενάρια με μικρό αριθμό βημάτων στο τσιπ. Εάν ο αριθμός των διαδεδομένων υπερβαίνει τα 10.000, η αποτελεσματικότητα της χρήσης λιθογραφίας σε συνδυασμό με ξηρή χάραξη είναι υψηλότερη. Επιπλέον, όταν το μέγεθος της οπής μειώνεται σε λιγότερο από 10 μm, εξακολουθεί να είναι δύσκολο να μειωθεί περαιτέρω το μέγεθος της οπής με γεώτρηση με λέιζερ.

2) μέσω μόνωσης οπών

Η μόνωση μεταξύ των οπών συνήθως εναποτίθεται από τη διαδικασία CVD με ένα στρώμα μόνωσης οξειδίου (SiO₂) και σιλάνη ή TeOS ως πρώτη ύλη. Εάν η μόνωση και η πλήρωση TSV πραγματοποιούνται μετά την παρασκευή του κυκλώματος τσιπ, θα πρέπει να επιλεγεί η κατάλληλη θερμοκρασία εναπόθεσης για να αποφευχθεί η επίδραση των ολοκληρωμένων τμημάτων του κυκλώματος. Η τυπική θερμοκρασία της εναπόθεσης TEOS είναι 275 ~ 350 βαθμούς και μπορεί να ληφθεί ένα λειτουργικό στρώμα μόνωσης με κατάλληλη απόδοση. Για εφαρμογές όπως αισθητήρες εικόνας CMOS και μνήμη, απαιτούνται χαμηλότερες θερμοκρασίες εναπόθεσης. Επί του παρόντος, ορισμένοι κατασκευαστές εξοπλισμού έχουν αναπτύξει τεχνολογία εναπόθεσης οξειδίου χαμηλής θερμοκρασίας για την κατάθεση λεπτών μεμβρανών σε θερμοκρασία δωματίου ως ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό οργανικό μονωτικό στρώμα για το TSV.

3) στρώμα φραγμού, στρώμα σπόρων και πλήρωσης

Στη διαδικασία του χαλκού μεταξύ οπών, το στρώμα προσκόλλησης/φραγμού κασσίτερου και το στρώμα σπόρου χαλκού συνήθως εναποτίθεται με ψεκασμό. Ωστόσο, διότι μέσω οπών με αναλογία βάθους προς πλάτος μεγαλύτερη από 4: 1, η επίδραση κάλυψης βημάτων της παραδοσιακής τεχνολογίας Magnetron PVD DC δεν είναι καλή, ενώ η τεχνολογία PVD με βάση το ιονισμένο μεταλλικό πλάσμα (IMP) μπορεί να επιτύχει ομοιόμορφη εναπόθεση του πλευρικού τοιχώματος της οπής και του κάτω στρώματος χαλκού. Λόγω του χαμηλού κόστους του ηλεκτρολυμένου χαλκού, οι τρύπες είναι συνήθως γεμάτες με ηλεκτρολυτικό χαλκό μετά την εναπόθεση του στρώματος σπόρου. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της επένδυσης TSV, το στόμιο θα συγκεντρώσει περισσότερες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας λόγω του αποτελέσματος του άκρου, με αποτέλεσμα μια πολύ υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος από ό, τι στην οπή. Χωρίς πρόσθετα, ο ρυθμός εναπόθεσης του στόματος θα είναι πολύ πιο γρήγορος από αυτόν της οπής και η ανταλλαγή ιόντων χαλκού στο πηγάδι είναι δύσκολη και είναι εύκολο να γεμίσει το στόμιο και να μην καταθέσει πλήρως την οπή. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ρυθμιστεί ο ρυθμός εναπόθεσης επιμετάλλωσης του πυθμένα, του πλευρικού τοιχώματος και της επιφάνειας της οπής με πρόσθετα (αναστολή εναπόθεσης στομίου και ενίσχυση της εναπόθεσης του πυθμένα) ή με τη χρήση περιοδικής επιμετάλλωσης παλμικού ρεύματος για την επίτευξη πλήρους πλήρωσης της οπής. Η κοίλη γέμιση χαλκού διαρκεί πολύ και μειώνει την αποτελεσματικότητα της παραγωγής, η οποία αποτελεί πρόβλημα που αντιμετωπίζει η πλήρωση χαλκού TSV.

3.

Η διαδικασία που χρησιμοποιείται στη συγκόλληση TSV περιλαμβάνει τη διαμεταλλική τεχνολογία συγκόλλησης και τη συγκόλληση πολυμερούς. Ο βασικός στόχος της συγκόλλησης είναι να σχηματιστεί σταθερές μηχανικές συνδέσεις, ηλεκτρικές συνδέσεις και κανάλια θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ τσιπς ή εξαρτημάτων, ενσωματώνοντας τα αρχικά ξεχωριστά τσιπ και εξαρτήματα σε ένα πλήρες συσκευασμένο προϊόν.

Από την άποψη των χαρακτηριστικών της διαδικασίας συγκόλλησης, η διαμεταλλική συγκόλληση χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: τη συγκόλληση θερμο -συμπίεσης και την ευτηκτική σύνδεση. Για παράδειγμα, η συγκόλληση χαλκού-χαλκού χρησιμοποιεί συγκόλληση με θερμό συμπίεση, ενώ ο χαλκός, ο χρυσός κ.λπ., ο δεσμός ανήκει στην ευτηκτική συγκόλληση. Η αρχή της συγκόλλησης θερμού τύπου χαλκού-χαλκού είναι: σε περιβάλλον κενού ή προστατευτική ατμόσφαιρα, να εφαρμόζουν υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση στις δύο στενά συνδεδεμένες επιφάνειες χαλκού και να τη διατηρούν για αρκετό καιρό έτσι ώστε τα άτομα του χαλκού στις δύο επιφάνειες συγκόλλησης να διαχέονται πλήρως και τελικά να συγχωνεύονται σε ένα σύνολο, έτσι ώστε να επιτευχθούν δεσμοί. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος συγκόλλησης είναι χρονοβόρα και απαιτεί αυστηρότερες συνθήκες διαδικασίας.

Τα τελευταία χρόνια, η μεταλλική συγκόλληση χαμηλής θερμοκρασίας έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot στον τομέα της συσκευασίας. Οι ερευνητές ελπίζουν να βρουν μια μέθοδο συγκόλλησης που μπορεί να σχηματίσει καλούς ηλεκτρικούς και μηχανικούς δεσμούς σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και τα προϊόντα αντίδρασης μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες. Η συγκόλληση χαλκού-tin προτιμάται λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών και θερμικών ιδιοτήτων του, καθώς και η χαμηλή θερμοκρασία συγκόλλησης (το σημείο τήξης του κασσίτερου είναι 232 βαθμοί). Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης από το χαλκό-tin, το μεταλλικό κασσίτερο λιώνει για να σχηματίσει μια υγρή κατάσταση σε χαμηλή θερμοκρασία, η οποία προάγει την πλήρη επαφή μεταξύ του χαλκού και του κασσίτερου, επιταχύνει τη διάχυση μεταξύ των δύο και δημιουργεί ταχέως μετασταθές διαμεταλλιακές ενδιάμεσες ενώσεις Cu₆sn₅ (σημείο τήξης 415 βαθμών) και σταθερή ένωση CuSN (σημείο τήξης 676) και στη συνέχεια ολοκληρώνει τον δεσμό. Αυτή η μέθοδος συγκόλλησης μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά το δεσμευμένο τμήμα από την τήξη λόγω θερμότητας κατά τη διάρκεια της επακόλουθης διαδικασίας συγκόλλησης κατά τη στοίβαξη πολλαπλών στρωμάτων, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την αξιοπιστία της 3D συσκευασίας. Επιπλέον, λόγω της ικανότητας καλής παραμόρφωσης του συγκολλητικού κασσίτερου, η συγκόλληση χαλκού-τιν δεν απαιτεί υψηλή επιπεδότητα και καθαριότητα της επιφάνειας συγκόλλησης, ακόμη και αν υπάρχουν ορισμένοι κυματισμοί ή μικροσκοπικά σωματίδια στην επιφάνεια, μπορεί να σχηματιστεί ένας καλός δεσμός. Ταυτόχρονα, το υγρό κασσίτερο μπορεί να επιταχύνει τη διάχυση μεταξύ χαλκού και κασσίτερου, καθιστώντας την απόδοση συγκόλλησης υψηλότερη. Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα διασύνδεσης, οι τελευταίες εξελίξεις στην τεχνολογία υβριδικής σύνδεσης μπορεί επίσης να γίνουν μια σημαντική επιλογή.

Ανάπτυξη εφαρμογών TSV

Η τεχνολογία TSV επιτρέπει τη συσκευασία 2.5D και 3D, οι οποίες προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την πυκνότητα των συσκευασιών και το μήκος διασύνδεσης σε τρέχουσες διαλύσεις συσκευασίας 3D. Επομένως, η πρόοδος της εφαρμογής του TSV αντικατοπτρίζει την τάση ανάπτυξης αιχμής στον τομέα της συσκευασίας 3D σε κάποιο βαθμό.

1. ΚΟΚIμαγείαSενσυροθεραπευτής

Το 2006, η Toshiba Corporation ξεκίνησε το πρώτο προϊόν στον κόσμο με ολοκληρωμένη τεχνολογία TSV, τον αισθητήρα εικόνας CMOS (CIS) και η μαζική παραγωγή επιτεύχθηκε το 2007. Η ανάπτυξη αισθητήρων εικόνας 3D CMOS που είναι εξοπλισμένοι με TSV έχει περάσει διαδοχικά από τα στάδια της πρώτης πλευράς απεικόνισης (FSI), της οπίσθιας απεικόνισης (BSI) και στη συνέχεια του υβριδικού 3D στοιβαγμένου BSI. Επί του παρόντος, η CIS είναι η μεγαλύτερη αγορά εφαρμογών για την τεχνολογία TSV.

2. Εφαρμογές πεδίου MEMS

Στα τέλη του 20ου αιώνα, η τεχνολογία χάραξης βαθιάς ιόντων άρχισε να εφαρμόζεται σε MEMS για την παρασκευή TSV πολυσυνικών (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε δομές μικροαντιδραστικών και μικρομηχανικών υπερηχητικών μετατροπέα), καθώς και μονοκρυσταλλικό πυριτίου TSVs (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε δομές μικροεπιχειρησιακών δομών). Στον 21ο αιώνα, πολλοί κατασκευαστές και χυτήρια MEMS έχουν εμπορευματοποιήσει τα προϊόντα αδρανειακής αισθητήρας και τις συναφείς υπηρεσίες παραγωγής, συμπεριλαμβανομένων των TSVs πυριτίου για το Silicon για τη συσκευασία κενού σε επίπεδο πλακιδίων (WLVP). Ταυτόχρονα, οι ακουστικοί συντονιστές λεπτού υδατογράφου (FBARs) χρησιμοποιώντας την τεχνολογία Hollow Metal TSV και WLVP έχουν επίσης διαμαρτυρηθεί και χρησιμοποιούνται ευρέως σε ασύρματες επικοινωνίες. Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας TSV και WLVP σε MEMS μπορεί να μειώσει το μέγεθος και το κόστος του πακέτου σε 1/10 έως 1/5 της αρχικής τιμής, η οποία έχει επιταχύνει σημαντικά την υιοθέτηση των MEMs σε ηλεκτρονικά καταναλωτών και κινητής τηλεφωνίας κατά την τελευταία δεκαετία. Το 2014, η Bosch ανέπτυξε και ξεκίνησε έναν ενσωματωμένο αισθητήρα MEMS με βάση το μπροστινό μέρος του TSV μεσαίας τρύπα, ο οποίος χρησιμοποιεί ένα TSV 10 μm χ 100 μm διαμέσου (10: 1 διαμέτρου). Προς το παρόν, το MEMS έχει γίνει ένα σημαντικό πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας TSV.

3. Εφαρμογές πεδίου μνήμης

Η τεχνολογία TSV μπορεί να αυξήσει αποτελεσματικά τη χωρητικότητα μνήμης και το εύρος ζώνης - με τεχνολογία κατακόρυφης διασύνδεσης TSV υψηλής πυκνότητας, η στοίβαξη πολλαπλών τσιπ μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την ικανότητα και την απόδοση της μνήμης. Οι κύριοι κατασκευαστές μνήμης έχουν υιοθετήσει την τεχνολογία στοίβαξης TSV 3D για την ανάπτυξη σχετικών προϊόντων. Το 2009, η Samsung ξεκίνησε 8GB 3D DDR3 DRAM με βάση τη συσκευασία 3D TSV, γεγονός που μειώνει την κατανάλωση ρεύματος κατά 50% και 25% αντίστοιχα και αυξάνει τα ποσοστά I/O σε περισσότερα από 1600MB/s μέσω 300 TSVs. Το 2014, η εταιρεία κυκλοφόρησε 16GB 3D DDR4 SDRAM με τεχνολογία TSV, με ρυθμό εισόδου/εξόδου 2,4GB/s και στοίβα 4 μάρκες.

Η τεχνολογία TSV έχει επίσης σημαντικές εφαρμογές σε μνήμη υψηλού εύρους ζώνης (HBM). Η στοίβα HBM δεν είναι φυσικά ενσωματωμένη με την CPU ή την GPU, αλλά διασυνδέεται μέσω ενός πίνακα προσαρμογέα TSV υψηλής πυκνότητας μικρής πυκνότητας. Το HBM έχει ταχύτερη ταχύτητα και υψηλότερο εύρος ζώνης λόγω των χαρακτηριστικών της κοντά σε ενσωματωμένο RAM, καθιστώντας το κατάλληλο για σενάρια με απαιτήσεις υψηλού εύρους ζώνης μνήμης. Σε εφαρμογές CPU/GPU υψηλής απόδοσης, οι πίνακες προσαρμογέα 2,5D TSV διαδραματίζουν βασικό ρόλο ως τεχνολογία με βάση την πλατφόρμα. Η μνήμη, ειδικά τα προϊόντα HBM, έχει αυξήσει σημαντικά το εύρος ζώνης χάρη στην τεχνολογία TSV. Το 2014, η Hynix κυκλοφόρησε 1,2V 8GB 8-καναλιού υψηλής ζώνης μνήμης στοιβαγμένο DRAM με εύρος ζώνης 128GB/s χρησιμοποιώντας τη διαδικασία 29NM και την τεχνολογία TSV. Επί του παρόντος, η μνήμη είναι μία από τις κύριες αγορές εφαρμογών για την τεχνολογία TSV.

Samsung 3D DDR4 DRAM πακέτο

4. Εφαρμογή σε άλλα πεδία

Ηλεκτρονικά, τα αναλογικά ηλεκτρονικά και οι επικοινωνίες είναι επίσης σημαντικές θέσεις εφαρμογής της τεχνολογίας TSV. Το 2021, η ομάδα του Fengjuan Wang από το Πανεπιστήμιο της Xian, το Πανεπιστήμιο Xidian και το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ πρότειναν και ανέπτυξαν τρία φίλτρα πλήρωσης φουρκέτας πέντε τάξεων με βάση την τεχνολογία TSV για τις ανάγκες κινητής επικοινωνίας 6G.

Τεχνολογία TSV Outlook
Καθώς η τεχνολογία TSV συνεχίζει να εξελίσσεται, το μέγεθος της οπής συνεχίζει να συρρικνώνεται και το πάχος κάθε στρώματος των τσιπς στο stackup θα μειωθεί περαιτέρω. Μελέτες έχουν δείξει ότι όταν το πάχος του δίσκου μειώνεται σε λιγότερο από 5 μm, η απόδοση του κυκλώματος δεν θα υποβαθμιστεί σημαντικά. Είναι προβλέψιμο ότι τα επόμενα δέκα χρόνια, η ανάπτυξη παραδοσιακών συσκευών θα αγγίξει σταδιακά τα δικά τους φυσικά όρια και η δυσκολία των επακόλουθων ανακαλύψεων μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Ωστόσο, νέες συσκευές όπως οι μονοδιάστατες υλικές συσκευές βρίσκονται ακόμα στο εργαστηριακό στάδιο και είναι δύσκολο να επιτευχθούν μεγάλης κλίμακας εμπορευματοποίηση. Ως εκ τούτου, η συνεχής βελτίωση της ενσωμάτωσης στο επίπεδο συσκευασίας έχει γίνει το κλειδί προς το παρόν και το μέσω του Silicon μέσω της τεχνολογίας θα συνεχίσει να αποτελεί ερευνητικό hotspot στη βιομηχανία μικροηλεκτρονικής τα επόμενα χρόνια. Η ζήτηση για TSV σε ταχέως αναπτυσσόμενες εφαρμογές τσιπ όπως η μνήμη, τα λογικά κυκλώματα και οι αισθητήρες εικόνων CMOS θα συνεχίσουν να προωθούν τη βελτίωση και την αναβάθμιση αυτής της τεχνολογίας.

Επιπλέον, η τεχνολογία TSV μπορεί επίσης να επιτύχει ετερογενή ενσωμάτωση διαφόρων τύπων τσιπς - για παράδειγμα, οι ενισχυτές ισχύος κινητού τηλεφώνου χρησιμοποιούν κυρίως τεχνολογία GAAS, μέσω των οποίων τα κυκλώματα GAAS μπορούν να συνδεθούν με κυκλώματα CMOS για να σχηματίσουν ένα πλήρες λειτουργικό κύκλωμα. Ωστόσο, ενώ αναπτύσσονται ταχέως, οι συσκευασίες 3D εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν πολλές προκλήσεις και ζητήματα όπως η αξιοπιστία, η διασπορά θερμότητας, η αντιστοίχιση υλικών και οι δοκιμές τσιπ, πρέπει να μελετηθούν διεξοδικά για την προώθηση της εμπορευματοποίησης του διαμέσου του Silicon μέσω της τεχνολογίας.