硅通孔与三维集成电路 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱樟明，杨银堂 著

图书标签:

• 硅通孔
• 三维集成电路
• 3D IC
• TSV
• 集成电路封装
• 先进封装
• 微电子
• 半导体
• 电子工程
• 器件封装

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030471642

版次：1

商品编码：11872570

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-01-01

正文语种：中文

内容简介

　　《硅通孔与三维集成电路》系统讨论了基于硅通孔的三维集成电路设计所涉及的一些关键科学问题，包括硅通孔寄生参数提取、硅通孔电磁模型、新型硅通孔结构、三维集成互连线、三维集成电路热管理、硅通孔微波／毫米波特性、碳纳米硅通孔及集成互连线等，对想深入了解硅通孔和三维集成电路的工程人员和科研人员具有很强的指导意义和实用性。本书所提出的硅通孔结构、硅通孔解析模型、硅通孔电磁模型、三维集成电路热管理、三维集成互连线建模和设计等关键技术，已经在IEEE TED、IEEE MWCL等国外*名期刊上发表，可以直接供读者参考。

目录

前言
第1章 三维集成电路概述
1.1 三维集成电路
1.1.1 三维集成电路的优势
1.1.2 三维集成电路的发展现状
1.1.3 三维集成电路的发展趋势
1.1.4 三维集成电路面临的挑战
1.2 TSV技术
1.2.1 Tsv在三维集成电路中扮演的角色
1.2.2 TSV技术的主要研究方向及进展
参考文献
第2章 基于TSV的三维集成电路工艺技术
2.1 基于TSV的三维集成电路的分类
2.1.1 TSV的制造顺序
2.1.2 堆叠方式
2.1.3 键合方式
2.2 TSV制造技术
2.2.1 通孔刻蚀
2.2.2 绝缘层
2.2.3 黏附层和扩散阻挡层
2.2.4 种子层
2.2.5 导电材料填充
2.3 减薄技术
2.3.1 机械研磨
2.3.2 边缘保护
2.3.3 减薄后处理
2.4 对准技术
2.4.1 红外对准
2.4.2 光学对准
2.4.3 倒装芯片
2.4.4 芯片自组装对准
2.4.5 模板对准
2.5 键合技术
2.5.1 Si02融合键合
2.5.2 金属键合
2.5.3 高分子键合
参考文献
第3章 TSVRLC寄生参数提取
3.1 圆柱形TSV寄生参数提取
3.1.1 寄生电阻
3.1.2 寄生电感
3.1.3 寄生电容
3.2 锥形TSV寄生参数提取
3.2.1 寄生电阻
3.2.2 寄生电感
3.2.3 寄生电容
3.3 环形TSV寄生参数提取
3.3.1 寄生电阻
3.3.2 寄生电感
3.3.3 寄生电容
3.4 同轴TsV寄生参数提取
3.4.1 寄生电阻
3.4.2 寄生电感
3.4.3 寄生电容
参考文献
第4章 考虑TSV效应的互连线模型
4.1 考虑TSV尺寸效应的互连线长分布
4.1.1 忽略TsV尺寸效应的互连线长分布模型
4.1.2 考虑TsV尺寸效应的互连线长分布模型
4.2 考虑TsV寄生效应的互连延时和功耗模型
4.2.1 互连延时
4.2.2 互连功耗
4.2.3 模型验证与比较
4.3 三维集成电路的TSV布局设计
4.3.1 RLC延时模型
4.3.2 信号反射
4.3.3 多目标协同优化算法
4.3.4 结果比较
参考文献
第5章 TSV热应力和热应变的解析模型和特性
5.1 圆柱形TSv热应力和热应变的解析模型
5.2 环形TSV热应力和热应变的解析模型和特性
5.2.1 解析模型
5.2.2 模型验证
5.2.3 阻止区
5.3 同轴TSV热应力和热应变的解析模型和特性
5.3.1 解析模型
5.3.2 模型验证
5.3.3 阻止区
5.3.4 特性分析
5.4 双环TsV热应力和热应变的解析模型和特性
5.4.1 与同轴TSV热应力对比
5.4.2 热应力解析模型及验证
5.4.3 和同轴TSv的K0z及等效面积对比
5.4.4 不同Tsv结构高频电传输特性对比
5.5 考虑硅各向异性时TSV热应力的研究方法
参考文献
第6章 三维集成电路热管理
6.1 热分析概述
6.1.1 热传递基本方式
6.1.2 稳态传热和瞬态传热
6.1.3 线性与非线性热分析
6.2 最高层芯片温度的解析模型和特性
6.2.1 忽略TSv的最高层芯片温度解析模型
6.2.2 考虑TSv的最高层芯片温度解析模型
6.2.3 特性分析
6.3 各层芯片温度的解析模型和特性
6.3.1 忽略TSV的各层芯片温度的解析模型
6.3.2 考虑TSV的各层芯片温度的解析模型
6.3.3 特性分析
6.4 三维单芯片多处理器温度特性
6.4.1 3DCMt，温度模型
6.4.2 热阻矩阵
6.4.3 特性分析
6.5 热优化设计技术
6.5.1 CNTTSV技术
6.5.2 热沉优化技术
6.5.3 液体冷却技术
参考文献
第7章 新型TSV的电磁模型和特性
7.1 GSG型空气隙TSV的电磁模型和特性
7.1.1 寄生参数提取
7.1.2 等效电路模型及验证
7.1.3 特性分析
7.1.4 和GS型空气隙TSV特性比较
7.1.5 温度的影响
7.2 GSG型空气腔TSV的电磁模型和特性
7.2.1 工艺技术
7.2.2 品质因数
7.2.3 特性分析
7.2.4 等效电路模型及验证
7.3 sDTSV的电磁模型和特性
7.3.1 结构
7.3.2 等效电路模型
7.3.3 模型验证
7.3.4 RLCG参数全波提取方法
7.3.5 特性分析
参考文献
第8章 CNTTSV和三维集成电路互连线
8.1 CNT制各
8.1.1 CNT牛长
8.1.2 CNT致密化
8.2 CNT等效参数提取
8.2.1 等效电阻
8.2.2 等效电感
8.2.3 等效电容
8.3 信号完整性分析
8.3.1 耦合串扰
8.3.2 信号传输
8.3.3 无畸变TSV设计
参考文献

前言/序言

《硅通孔与三维集成电路》 内容简介 一、 时代背景与技术驱动力 在半导体技术日新月异的今天，摩尔定律的持续演进以及对更高集成度、更强性能、更低功耗需求的不断增长，正将集成电路产业推向一个全新的维度。传统的二维平面集成电路在尺寸缩小、晶体管密度提升方面已逐渐面临物理极限和制造工艺的瓶颈。与此同时，电子设备朝着小型化、集成化、高性能化发展，例如便携式电子设备、高性能计算、人工智能、物联网以及自动驾驶等领域，对芯片的性能和功耗提出了前所未有的挑战。 在此背景下，将多个独立的芯片堆叠起来，通过垂直互连技术（硅通孔，Through-Silicon Via，TSV）实现芯片间的紧密连接，构筑起三维（3D）集成电路，成为了突破传统二维集成瓶颈、实现未来高性能计算的关键技术路径。三维集成电路以其独特的优势，例如极高的互连密度、更短的互连长度、更高的带宽、更低的功耗以及更小的封装体积，正迅速成为半导体行业研究和开发的热点。 二、 核心概念与关键技术：硅通孔（TSV） 硅通孔（TSV）是实现三维集成电路的核心技术之一。它是一种垂直的导电通道，穿过硅晶圆的厚度，用于在堆叠的芯片层之间建立电连接。TSV的出现，极大地改变了芯片的连接方式，使得芯片间的通信不再受限于芯片表面的二维平面布线，而是可以实现高密度、短路径的三维互连。 TSV的结构与制造工艺： 本书将深入探讨TSV的基本结构，包括通孔的形状（如圆柱形、方形、锥形）、尺寸、填充材料（如铜、钨）以及绝缘层（如二氧化硅、氮化硅）。同时，详细阐述TSV的制造工艺流程，例如： 通孔形成： 包括干法刻蚀（深硅刻蚀，DRIE）、湿法刻蚀等技术，以及如何控制通孔的深宽比、侧壁形貌和均匀性。 绝缘层沉积： CVD（化学气相沉积）、ALD（原子层沉积）等技术在通孔内壁形成高质量的绝缘层，以防止短路。 金属填充： 电镀（如铜电镀）、PVD（物理气相沉积）等技术将金属填充至通孔中，形成导电通道。如何实现均匀、致密的填充，避免空洞和寄生效应是关键。 背面研磨与TSV暴露： 通过研磨等工艺，将晶圆背面减薄至TSV的顶部，为后续的堆叠和键合做准备。 TSV的垂直度、对齐与可靠性： 详细讨论TSV的垂直度对信号完整性的影响，以及多层堆叠中TSV的精确对齐需求。同时，分析TSV在应力、热循环等条件下的可靠性问题，并提出相应的解决方案。 TSV的类型与应用： 根据TSV的形成位置和与器件的关系，可以将其分为多种类型，例如： 前道TSV（Front-end TSV）： 在晶圆制造的前道工艺中完成。 后道TSV（Back-end TSV）： 在晶圆制造的后道工艺中完成。 穿过衬底TSV（Through-Substrate TSV）： 穿过整个衬底。 局部TSV（Local TSV）： 仅穿过部分衬底。 本书将分析不同类型TSV的优缺点，以及它们在不同应用场景下的选择考量。 三、 三维集成电路的架构与设计挑战 三维集成电路不仅仅是将芯片简单地堆叠，更需要全新的架构设计和集成策略。本书将系统性地介绍三维集成电路的各种架构形式，并深入探讨其在设计过程中面临的独特挑战。 三维集成电路的架构类型： 2.5D集成（Interposer-based 3D IC）： 在TSV衬底（Interposer）上将多个芯片以二维方式排列，然后通过TSV连接到衬底，最后通过衬底与封装底座连接。这种架构相对成熟，可以提高集成度并改善信号完整性。 3D堆叠集成（Die-to-Die 3D IC）： 将多个独立的芯片（Die）直接垂直堆叠，并通过TSV或微凸点（Micro-bump）进行连接。这是实现最高集成度和性能提升的架构。 3D片上系统（System-on-Chip, SoC）： 将不同功能的芯片（如CPU、GPU、内存、I/O）在三维空间内集成，形成高度集成的系统。 3D异构集成（Heterogeneous 3D Integration）： 将不同工艺、不同材料、不同功能的芯片集成到三维空间中，例如将CMOS芯片与MEMS、光子器件、功率器件等集成，以实现更强大的功能。 设计挑战与解决方案： 互连设计与信号完整性： 3D IC中的TSV和微凸点互连具有更高的密度和更短的长度，但也带来了新的信号完整性问题，如串扰、反射、损耗等。本书将探讨先进的布线策略、阻抗匹配技术、屏蔽技术以及模型建立方法。 热管理： 芯片堆叠会导致热量集中，散热问题成为3D IC设计中的一大挑战。本书将分析热量的产生机制，介绍先进的散热技术，如热导材料、微流道散热、热增强封装等。 功耗管理： 3D IC的低功耗优势是其主要驱动力之一。然而，高密度互连也可能导致漏电和寄生功耗增加。本书将探讨低功耗设计方法，如动态电压频率调整（DVFS）、门控技术、低功耗互连设计等。 可靠性与应力分析： 芯片堆叠和TSV制造过程中产生的应力可能影响器件的可靠性。本书将介绍应力分析模型，以及如何通过材料选择、结构设计和工艺优化来提高3D IC的可靠性。 测试与封装： 3D IC的测试和封装比传统2D IC更加复杂。本书将探讨3D IC的测试策略，包括早期测试、分层测试、三维测试等，以及各种先进封装技术，如晶圆级封装（WLP）、2.5D封装、3D封装等。 四、 应用领域与未来展望 三维集成电路凭借其在性能、功耗和体积方面的显著优势，正在深刻地改变着众多高科技领域。 高性能计算（HPC）： 3D IC可以显著提升数据处理速度和内存带宽，为高性能计算、科学模拟、大数据分析等提供强大的算力支撑。 人工智能（AI）与深度学习： 3D IC能够集成更多的处理器和内存单元，加速AI模型的训练和推理，推动AI技术的飞速发展。 移动通信与5G/6G： 3D IC可以实现更高集成度的射频前端、基带处理器和存储器，满足下一代移动通信对高性能、低功耗和小型化的需求。 自动驾驶与汽车电子： 3D IC能够集成高性能传感器、处理器和通信模块，为自动驾驶系统提供可靠的计算平台。 物联网（IoT）与传感器： 3D IC能够实现传感器、处理器和无线通信模块的高度集成，降低物联网设备的成本和功耗，推动物联网的普及。 数据中心与服务器： 3D IC可以提高数据中心的计算密度和内存带宽，降低能耗，提高效率。 五、 总结与未来发展趋势 《硅通孔与三维集成电路》一书全面深入地介绍了TSV技术和三维集成电路的方方面面。从基础的物理原理、材料选择、制造工艺，到复杂的架构设计、性能优化、可靠性保证，再到广泛的应用前景，本书为读者提供了一个完整且深刻的理解框架。 展望未来，三维集成电路的发展将继续朝着更高的密度、更复杂的异构集成、更低的功耗和更优化的成本方向迈进。TSV技术的不断进步，如更小的TSV尺寸、更高的长宽比、更低电阻和更少漏电的TSV，将是推动3D IC发展的关键。同时，新的互连技术，如纳米线互连、碳纳米管互连以及二维材料互连，也可能在未来与TSV技术协同发展，共同开启集成电路的新篇章。 本书将为半导体行业的工程师、研究人员、学生以及对未来集成电路技术感兴趣的读者，提供宝贵的知识和参考，帮助他们理解并参与到这场正在发生的半导体技术革命之中。

评分☆☆☆☆☆

拿到《硅通孔与三维集成电路》这本书，我首先被它扎实的理论基础和前沿的技术视野所吸引。作为一名拥有多年半导体行业经验的资深工程师，我深知TSV和3D IC技术在提升芯片性能、降低功耗以及缩小封装尺寸方面的巨大潜力，也经历过在实际项目中遇到的种种挑战。这本书的标题给我一种“深入浅出”的感觉，我期望它不仅能梳理TSV的各项工艺细节，例如不同绝缘层和金属填充材料的选择，以及对信号完整性的影响，还能详细阐述3D IC的设计流程和方法论。特别地，对于互连的可靠性问题，例如TSV的应力分布、长期稳定性等，我希望书中能有详尽的分析。另外，在3D IC的集成设计方面，我尤其看重书中关于如何进行多芯片异构集成（heterogeneous integration）的讨论，这涉及到不同工艺制程、不同功能模块的芯片如何有效地组合在一起，以及它们之间的通信和接口设计。这本书的出现，无疑为我们这些身处技术一线的人员提供了一本宝贵的参考书，有望帮助我们理清思路，应对日益复杂的集成挑战，并可能从中挖掘出新的技术突破点。

评分☆☆☆☆☆

我近期入手了《硅通孔与三维集成电路》这本书，我是对半导体封装技术充满热情的爱好者，尤其关注那些能够突破摩尔定律瓶颈的创新技术。这本书的标题就非常吸引人，直接指向了当前集成电路领域最令人兴奋的两个方向：硅通孔（TSV）和三维集成电路（3D IC）。我非常好奇书中是如何详细介绍TSV的各种制造工艺的，比如哪种方法在成本和性能之间取得了最佳平衡，以及如何处理TSV与衬底之间的界面问题。在3D IC方面，我非常期待书中能展示不同层级芯片如何通过TSV或微凸点（micro-bumps）进行连接，以及这种连接方式对整体功耗和数据传输速度的影响。另外，我对书中关于3D IC的可靠性评估和封装技术也有很高的期望，毕竟要实现大规模的3D集成，必须确保其在各种环境下的稳定运行。这本书的出版，感觉就像是给我这样一个业余爱好者提供了一次深入了解尖端技术的绝佳机会，让我能更清晰地认识到这些技术是如何一步步改变我们今天和未来的电子设备。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我刚刚拆开它，封面设计简洁大气，一看就是专业领域的力作。《硅通孔与三维集成电路》，这名字听起来就充满了科技感和未来的气息。我是一名刚刚毕业进入一家芯片设计公司的应届生，对这个领域充满好奇和求知欲。虽然在学校里学过一些相关的课程，但总感觉理论知识和实际应用之间存在一些隔阂。我非常希望这本书能帮助我填补这方面的空白。例如，关于TSV的制造，我希望看到详细的流程图和工艺参数说明，让我了解每一步是如何实现的，以及可能遇到的问题。对于3D IC，我更关心的是它如何改变传统的芯片架构，以及如何实现更高效的数据传输和通信。特别是如何克服三维堆叠带来的散热难题，如何设计合理的电源分配网络，这些都是我迫切想了解的。这本书的到来，就像为我打开了一扇通往先进封装技术的大门，我期待它能让我更快地成长，更快地适应行业的需求，为未来的芯片设计贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚入手了《硅通孔与三维集成电路》这本书，作为一名对集成电路设计和制造有浓厚兴趣的在读博士生，我一直对实现更高集成度和更优越性能的先进封装技术感到好奇。这本书的标题立刻吸引了我，因为它直接点出了当下最热门的几个关键技术。从目录来看，它似乎涵盖了从基础的TSV（硅通孔）原理、制造工艺，到更复杂的3D IC的堆叠设计、热管理、信号完整性以及封装集成等多个方面。我特别期待书中能深入探讨TSV的各种制造技术，比如深硅刻蚀（DRIE）、电镀Fill等，以及它们各自的优缺点和在不同应用场景下的选择策略。同时，3D IC的部分，我希望作者能够详细介绍不同堆叠架构的优劣势，例如2.5D与3D的界限，以及垂直互连的技术挑战，比如电阻、电容、时序问题和功耗管理。此外，书中关于热管理的部分我也十分关注，三维堆叠必然会带来更高的功耗密度，有效的散热方案是实现高性能3D IC的关键，不知道书中是否有详细的仿真分析或实际案例。总体而言，我预感这本书能为我提供一个系统性的视角，帮助我理解TSV和3D IC的最新进展，并为我的研究提供理论指导和技术启发。

评分☆☆☆☆☆

最近我翻阅了《硅通孔与三维集成电路》一书，我是一名在微电子领域深耕多年的研究学者，一直关注着集成电路技术的发展前沿。这本书的出现，正好契合了我对TSV和3D IC技术最新进展的探究。我尤其对书中关于TSV的电学特性和信号完整性分析感兴趣，例如TSV的寄生参数如何影响信号的传输速度和质量，以及如何通过优化设计来减小这些影响。同时，对于3D IC的互连技术，我希望书中能深入探讨硅桥（silicon bridge）等替代TSV的连接方式，以及它们在不同应用场景下的优势。此外，书中关于3D IC的测试和失效分析我也十分期待，毕竟随着集成度的提高，测试的复杂度也会呈指数级增长，找到有效的测试方法对于保证产品的可靠性至关重要。从目前的阅读体验来看，这本书的理论深度和技术广度都相当可观，相信它能为我的研究提供新的思路和数据支持，并可能引发我对于下一代集成电路封装技术的深入思考。