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硅穿孔TSV封装

模拟
2010-10-28 07:55
关键字: 封装 PID SAMSUNG BONDING
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TSV为直通硅晶穿孔(Through-Silicon Via)封装技术, 是一种能让3D封装遵循摩尔定律(Moore's Law)演进的互连技术,其设计概念是来自于印刷电路板(PCB)多层化的设计,TSV可像三明治一样堆栈数片芯片,是一种可以电力互相连接的三次元堆栈封装(Stack Package),TSV使2D平面芯片配置技术演进至3D堆栈技术,并且已经开始在生产在线运作。

TSV 立体堆栈技术,包含晶圆的薄化、钻孔、以导电材质填孔、晶圆连接等,将所有芯片结合为一。

TSV 的芯片堆栈并非打线接合(Wire Bonding)的方式,而是在芯片钻出小洞,从底部填充入金属,作法是在每一个硅晶圆上以蚀刻或雷射方式钻孔(via),使其能通过每一层芯片,再以导电材料如铜、多晶硅、钨等物质填满,而形成一通道道(即内部接合线路)来做连接的功能,最后则将晶圆或晶粒薄化再加以堆栈、结合(Bonding),作为芯片间传输电讯号用之堆栈技术。

TSV技术让连接线也可在芯片中间,并不局限于芯片周围,使得内部连接路径更短,相对使芯片间的传输速度更快、噪声小、效能更佳,同时可达到高密度构装,并可应用于异质芯片堆栈,如模拟及数字、硅基及三五族、内存与射频等。

TSV的立体互连技术比打线接合具有更短的互连路径、更低的电阻与电感,以及更有效率地传递讯号与电力,还拥有不限制裸晶堆栈数量等优势,CMOS Sensor、内存已在采用TSV 技术,未来基频、射频、处理器等应用趋势愈来愈明显。

TSV 制程包括了先钻孔及后钻孔,后钻孔的挑战性较低应该先被应用于市场上,其构造较大也较容易制成,对于市面上SiP(System in a Package)或其他应用有较高度的连结性,因此是封装业较为热门的研发领域。

而先钻孔制程中,通道完成于任何半导体制程前,因此更有技术上的挑战,其制程构造也是更多方面的,如通道形成技术困难,不管从蚀刻钻孔、加入适当绝体,以及植入及电镀金属物质等。但先钻孔具备高传输(I/O),使许多业者对先钻孔有高度的期望。

根据全球主要DRAM厂商在TSV技术之蓝图规划来看,Elpida的TSV是从2004年透过日本新能源工业技术综合开发(NEDO)协助下进行TSV技术开发,并且在2006年时参与了由日本的ASET执行的一项NEDO项目,与NEC、OKI共同开发出采用TSV技术堆栈8颗128Mb的DRAM架构,根据Elpida的时程规划,将于2010年左右开始提供TSV技术的DRAM量产服务;在Samsung的发展部份,Samsung延续2006年4月所发布的WSP NAND Flash技术应用,而在2007年4月公布其以WSP技术应用在DRAM的产品,共堆栈了4颗512Mb的DRAM芯片;而在量产时程的规划方面,Samsung则预计在2009~2010年间较有可能推出TSV的DRAM量产服务。另外Hynix与Micron的规划部份,则分别预计于2009年与2010年起,提供TSV技术的DRAM量产服务。

2010年6月21日, Elpida、联电与力成三方携手合作,针对包括28奈米先进制程,进行3D IC整合开发。这项技术就是采用Elpida的TSV开发DRAM技术,结合联电的先进逻辑技术优势,以及力成的封装技术,共同开发Logic+DRAM的3D IC完整解决方案,计划于2012年开始量产。



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