矽通孔與三維集成電路 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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硃樟明，楊銀堂 著

圖書標籤:

• 矽通孔
• 三維集成電路
• 3D IC
• TSV
• 集成電路封裝
• 先進封裝
• 微電子
• 半導體
• 電子工程
• 器件封裝

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030471642

版次：1

商品編碼：11872570

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

正文語種：中文

內容簡介

　　《矽通孔與三維集成電路》係統討論瞭基於矽通孔的三維集成電路設計所涉及的一些關鍵科學問題，包括矽通孔寄生參數提取、矽通孔電磁模型、新型矽通孔結構、三維集成互連綫、三維集成電路熱管理、矽通孔微波／毫米波特性、碳納米矽通孔及集成互連綫等，對想深入瞭解矽通孔和三維集成電路的工程人員和科研人員具有很強的指導意義和實用性。本書所提齣的矽通孔結構、矽通孔解析模型、矽通孔電磁模型、三維集成電路熱管理、三維集成互連綫建模和設計等關鍵技術，已經在IEEE TED、IEEE MWCL等國外*名期刊上發錶，可以直接供讀者參考。

目錄

前言
第1章 三維集成電路概述
1.1 三維集成電路
1.1.1 三維集成電路的優勢
1.1.2 三維集成電路的發展現狀
1.1.3 三維集成電路的發展趨勢
1.1.4 三維集成電路麵臨的挑戰
1.2 TSV技術
1.2.1 Tsv在三維集成電路中扮演的角色
1.2.2 TSV技術的主要研究方嚮及進展
參考文獻
第2章 基於TSV的三維集成電路工藝技術
2.1 基於TSV的三維集成電路的分類
2.1.1 TSV的製造順序
2.1.2 堆疊方式
2.1.3 鍵閤方式
2.2 TSV製造技術
2.2.1 通孔刻蝕
2.2.2 絕緣層
2.2.3 黏附層和擴散阻擋層
2.2.4 種子層
2.2.5 導電材料填充
2.3 減薄技術
2.3.1 機械研磨
2.3.2 邊緣保護
2.3.3 減薄後處理
2.4 對準技術
2.4.1 紅外對準
2.4.2 光學對準
2.4.3 倒裝芯片
2.4.4 芯片自組裝對準
2.4.5 模闆對準
2.5 鍵閤技術
2.5.1 Si02融閤鍵閤
2.5.2 金屬鍵閤
2.5.3 高分子鍵閤
參考文獻
第3章 TSVRLC寄生參數提取
3.1 圓柱形TSV寄生參數提取
3.1.1 寄生電阻
3.1.2 寄生電感
3.1.3 寄生電容
3.2 錐形TSV寄生參數提取
3.2.1 寄生電阻
3.2.2 寄生電感
3.2.3 寄生電容
3.3 環形TSV寄生參數提取
3.3.1 寄生電阻
3.3.2 寄生電感
3.3.3 寄生電容
3.4 同軸TsV寄生參數提取
3.4.1 寄生電阻
3.4.2 寄生電感
3.4.3 寄生電容
參考文獻
第4章 考慮TSV效應的互連綫模型
4.1 考慮TSV尺寸效應的互連綫長分布
4.1.1 忽略TsV尺寸效應的互連綫長分布模型
4.1.2 考慮TsV尺寸效應的互連綫長分布模型
4.2 考慮TsV寄生效應的互連延時和功耗模型
4.2.1 互連延時
4.2.2 互連功耗
4.2.3 模型驗證與比較
4.3 三維集成電路的TSV布局設計
4.3.1 RLC延時模型
4.3.2 信號反射
4.3.3 多目標協同優化算法
4.3.4 結果比較
參考文獻
第5章 TSV熱應力和熱應變的解析模型和特性
5.1 圓柱形TSv熱應力和熱應變的解析模型
5.2 環形TSV熱應力和熱應變的解析模型和特性
5.2.1 解析模型
5.2.2 模型驗證
5.2.3 阻止區
5.3 同軸TSV熱應力和熱應變的解析模型和特性
5.3.1 解析模型
5.3.2 模型驗證
5.3.3 阻止區
5.3.4 特性分析
5.4 雙環TsV熱應力和熱應變的解析模型和特性
5.4.1 與同軸TSV熱應力對比
5.4.2 熱應力解析模型及驗證
5.4.3 和同軸TSv的K0z及等效麵積對比
5.4.4 不同Tsv結構高頻電傳輸特性對比
5.5 考慮矽各嚮異性時TSV熱應力的研究方法
參考文獻
第6章 三維集成電路熱管理
6.1 熱分析概述
6.1.1 熱傳遞基本方式
6.1.2 穩態傳熱和瞬態傳熱
6.1.3 綫性與非綫性熱分析
6.2 最高層芯片溫度的解析模型和特性
6.2.1 忽略TSv的最高層芯片溫度解析模型
6.2.2 考慮TSv的最高層芯片溫度解析模型
6.2.3 特性分析
6.3 各層芯片溫度的解析模型和特性
6.3.1 忽略TSV的各層芯片溫度的解析模型
6.3.2 考慮TSV的各層芯片溫度的解析模型
6.3.3 特性分析
6.4 三維單芯片多處理器溫度特性
6.4.1 3DCMt，溫度模型
6.4.2 熱阻矩陣
6.4.3 特性分析
6.5 熱優化設計技術
6.5.1 CNTTSV技術
6.5.2 熱沉優化技術
6.5.3 液體冷卻技術
參考文獻
第7章 新型TSV的電磁模型和特性
7.1 GSG型空氣隙TSV的電磁模型和特性
7.1.1 寄生參數提取
7.1.2 等效電路模型及驗證
7.1.3 特性分析
7.1.4 和GS型空氣隙TSV特性比較
7.1.5 溫度的影響
7.2 GSG型空氣腔TSV的電磁模型和特性
7.2.1 工藝技術
7.2.2 品質因數
7.2.3 特性分析
7.2.4 等效電路模型及驗證
7.3 sDTSV的電磁模型和特性
7.3.1 結構
7.3.2 等效電路模型
7.3.3 模型驗證
7.3.4 RLCG參數全波提取方法
7.3.5 特性分析
參考文獻
第8章 CNTTSV和三維集成電路互連綫
8.1 CNT製各
8.1.1 CNT牛長
8.1.2 CNT緻密化
8.2 CNT等效參數提取
8.2.1 等效電阻
8.2.2 等效電感
8.2.3 等效電容
8.3 信號完整性分析
8.3.1 耦閤串擾
8.3.2 信號傳輸
8.3.3 無畸變TSV設計
參考文獻

前言/序言

《矽通孔與三維集成電路》 內容簡介 一、 時代背景與技術驅動力 在半導體技術日新月異的今天，摩爾定律的持續演進以及對更高集成度、更強性能、更低功耗需求的不斷增長，正將集成電路産業推嚮一個全新的維度。傳統的二維平麵集成電路在尺寸縮小、晶體管密度提升方麵已逐漸麵臨物理極限和製造工藝的瓶頸。與此同時，電子設備朝著小型化、集成化、高性能化發展，例如便攜式電子設備、高性能計算、人工智能、物聯網以及自動駕駛等領域，對芯片的性能和功耗提齣瞭前所未有的挑戰。 在此背景下，將多個獨立的芯片堆疊起來，通過垂直互連技術（矽通孔，Through-Silicon Via，TSV）實現芯片間的緊密連接，構築起三維（3D）集成電路，成為瞭突破傳統二維集成瓶頸、實現未來高性能計算的關鍵技術路徑。三維集成電路以其獨特的優勢，例如極高的互連密度、更短的互連長度、更高的帶寬、更低的功耗以及更小的封裝體積，正迅速成為半導體行業研究和開發的熱點。 二、 核心概念與關鍵技術：矽通孔（TSV） 矽通孔（TSV）是實現三維集成電路的核心技術之一。它是一種垂直的導電通道，穿過矽晶圓的厚度，用於在堆疊的芯片層之間建立電連接。TSV的齣現，極大地改變瞭芯片的連接方式，使得芯片間的通信不再受限於芯片錶麵的二維平麵布綫，而是可以實現高密度、短路徑的三維互連。 TSV的結構與製造工藝： 本書將深入探討TSV的基本結構，包括通孔的形狀（如圓柱形、方形、錐形）、尺寸、填充材料（如銅、鎢）以及絕緣層（如二氧化矽、氮化矽）。同時，詳細闡述TSV的製造工藝流程，例如： 通孔形成： 包括乾法刻蝕（深矽刻蝕，DRIE）、濕法刻蝕等技術，以及如何控製通孔的深寬比、側壁形貌和均勻性。 絕緣層沉積： CVD（化學氣相沉積）、ALD（原子層沉積）等技術在通孔內壁形成高質量的絕緣層，以防止短路。 金屬填充： 電鍍（如銅電鍍）、PVD（物理氣相沉積）等技術將金屬填充至通孔中，形成導電通道。如何實現均勻、緻密的填充，避免空洞和寄生效應是關鍵。 背麵研磨與TSV暴露： 通過研磨等工藝，將晶圓背麵減薄至TSV的頂部，為後續的堆疊和鍵閤做準備。 TSV的垂直度、對齊與可靠性： 詳細討論TSV的垂直度對信號完整性的影響，以及多層堆疊中TSV的精確對齊需求。同時，分析TSV在應力、熱循環等條件下的可靠性問題，並提齣相應的解決方案。 TSV的類型與應用： 根據TSV的形成位置和與器件的關係，可以將其分為多種類型，例如： 前道TSV（Front-end TSV）： 在晶圓製造的前道工藝中完成。 後道TSV（Back-end TSV）： 在晶圓製造的後道工藝中完成。 穿過襯底TSV（Through-Substrate TSV）： 穿過整個襯底。 局部TSV（Local TSV）： 僅穿過部分襯底。 本書將分析不同類型TSV的優缺點，以及它們在不同應用場景下的選擇考量。 三、 三維集成電路的架構與設計挑戰 三維集成電路不僅僅是將芯片簡單地堆疊，更需要全新的架構設計和集成策略。本書將係統性地介紹三維集成電路的各種架構形式，並深入探討其在設計過程中麵臨的獨特挑戰。 三維集成電路的架構類型： 2.5D集成（Interposer-based 3D IC）： 在TSV襯底（Interposer）上將多個芯片以二維方式排列，然後通過TSV連接到襯底，最後通過襯底與封裝底座連接。這種架構相對成熟，可以提高集成度並改善信號完整性。 3D堆疊集成（Die-to-Die 3D IC）： 將多個獨立的芯片（Die）直接垂直堆疊，並通過TSV或微凸點（Micro-bump）進行連接。這是實現最高集成度和性能提升的架構。 3D片上係統（System-on-Chip, SoC）： 將不同功能的芯片（如CPU、GPU、內存、I/O）在三維空間內集成，形成高度集成的係統。 3D異構集成（Heterogeneous 3D Integration）： 將不同工藝、不同材料、不同功能的芯片集成到三維空間中，例如將CMOS芯片與MEMS、光子器件、功率器件等集成，以實現更強大的功能。 設計挑戰與解決方案： 互連設計與信號完整性： 3D IC中的TSV和微凸點互連具有更高的密度和更短的長度，但也帶來瞭新的信號完整性問題，如串擾、反射、損耗等。本書將探討先進的布綫策略、阻抗匹配技術、屏蔽技術以及模型建立方法。 熱管理： 芯片堆疊會導緻熱量集中，散熱問題成為3D IC設計中的一大挑戰。本書將分析熱量的産生機製，介紹先進的散熱技術，如熱導材料、微流道散熱、熱增強封裝等。 功耗管理： 3D IC的低功耗優勢是其主要驅動力之一。然而，高密度互連也可能導緻漏電和寄生功耗增加。本書將探討低功耗設計方法，如動態電壓頻率調整（DVFS）、門控技術、低功耗互連設計等。 可靠性與應力分析： 芯片堆疊和TSV製造過程中産生的應力可能影響器件的可靠性。本書將介紹應力分析模型，以及如何通過材料選擇、結構設計和工藝優化來提高3D IC的可靠性。 測試與封裝： 3D IC的測試和封裝比傳統2D IC更加復雜。本書將探討3D IC的測試策略，包括早期測試、分層測試、三維測試等，以及各種先進封裝技術，如晶圓級封裝（WLP）、2.5D封裝、3D封裝等。 四、 應用領域與未來展望 三維集成電路憑藉其在性能、功耗和體積方麵的顯著優勢，正在深刻地改變著眾多高科技領域。 高性能計算（HPC）： 3D IC可以顯著提升數據處理速度和內存帶寬，為高性能計算、科學模擬、大數據分析等提供強大的算力支撐。 人工智能（AI）與深度學習： 3D IC能夠集成更多的處理器和內存單元，加速AI模型的訓練和推理，推動AI技術的飛速發展。 移動通信與5G/6G： 3D IC可以實現更高集成度的射頻前端、基帶處理器和存儲器，滿足下一代移動通信對高性能、低功耗和小型化的需求。 自動駕駛與汽車電子： 3D IC能夠集成高性能傳感器、處理器和通信模塊，為自動駕駛係統提供可靠的計算平颱。 物聯網（IoT）與傳感器： 3D IC能夠實現傳感器、處理器和無綫通信模塊的高度集成，降低物聯網設備的成本和功耗，推動物聯網的普及。 數據中心與服務器： 3D IC可以提高數據中心的計算密度和內存帶寬，降低能耗，提高效率。 五、 總結與未來發展趨勢 《矽通孔與三維集成電路》一書全麵深入地介紹瞭TSV技術和三維集成電路的方方麵麵。從基礎的物理原理、材料選擇、製造工藝，到復雜的架構設計、性能優化、可靠性保證，再到廣泛的應用前景，本書為讀者提供瞭一個完整且深刻的理解框架。 展望未來，三維集成電路的發展將繼續朝著更高的密度、更復雜的異構集成、更低的功耗和更優化的成本方嚮邁進。TSV技術的不斷進步，如更小的TSV尺寸、更高的長寬比、更低電阻和更少漏電的TSV，將是推動3D IC發展的關鍵。同時，新的互連技術，如納米綫互連、碳納米管互連以及二維材料互連，也可能在未來與TSV技術協同發展，共同開啓集成電路的新篇章。 本書將為半導體行業的工程師、研究人員、學生以及對未來集成電路技術感興趣的讀者，提供寶貴的知識和參考，幫助他們理解並參與到這場正在發生的半導體技術革命之中。

評分☆☆☆☆☆

我最近剛入手瞭《矽通孔與三維集成電路》這本書，作為一名對集成電路設計和製造有濃厚興趣的在讀博士生，我一直對實現更高集成度和更優越性能的先進封裝技術感到好奇。這本書的標題立刻吸引瞭我，因為它直接點齣瞭當下最熱門的幾個關鍵技術。從目錄來看，它似乎涵蓋瞭從基礎的TSV（矽通孔）原理、製造工藝，到更復雜的3D IC的堆疊設計、熱管理、信號完整性以及封裝集成等多個方麵。我特彆期待書中能深入探討TSV的各種製造技術，比如深矽刻蝕（DRIE）、電鍍Fill等，以及它們各自的優缺點和在不同應用場景下的選擇策略。同時，3D IC的部分，我希望作者能夠詳細介紹不同堆疊架構的優劣勢，例如2.5D與3D的界限，以及垂直互連的技術挑戰，比如電阻、電容、時序問題和功耗管理。此外，書中關於熱管理的部分我也十分關注，三維堆疊必然會帶來更高的功耗密度，有效的散熱方案是實現高性能3D IC的關鍵，不知道書中是否有詳細的仿真分析或實際案例。總體而言，我預感這本書能為我提供一個係統性的視角，幫助我理解TSV和3D IC的最新進展，並為我的研究提供理論指導和技術啓發。

評分☆☆☆☆☆

我近期入手瞭《矽通孔與三維集成電路》這本書，我是對半導體封裝技術充滿熱情的愛好者，尤其關注那些能夠突破摩爾定律瓶頸的創新技術。這本書的標題就非常吸引人，直接指嚮瞭當前集成電路領域最令人興奮的兩個方嚮：矽通孔（TSV）和三維集成電路（3D IC）。我非常好奇書中是如何詳細介紹TSV的各種製造工藝的，比如哪種方法在成本和性能之間取得瞭最佳平衡，以及如何處理TSV與襯底之間的界麵問題。在3D IC方麵，我非常期待書中能展示不同層級芯片如何通過TSV或微凸點（micro-bumps）進行連接，以及這種連接方式對整體功耗和數據傳輸速度的影響。另外，我對書中關於3D IC的可靠性評估和封裝技術也有很高的期望，畢竟要實現大規模的3D集成，必須確保其在各種環境下的穩定運行。這本書的齣版，感覺就像是給我這樣一個業餘愛好者提供瞭一次深入瞭解尖端技術的絕佳機會，讓我能更清晰地認識到這些技術是如何一步步改變我們今天和未來的電子設備。

評分☆☆☆☆☆

拿到《矽通孔與三維集成電路》這本書，我首先被它紮實的理論基礎和前沿的技術視野所吸引。作為一名擁有多年半導體行業經驗的資深工程師，我深知TSV和3D IC技術在提升芯片性能、降低功耗以及縮小封裝尺寸方麵的巨大潛力，也經曆過在實際項目中遇到的種種挑戰。這本書的標題給我一種“深入淺齣”的感覺，我期望它不僅能梳理TSV的各項工藝細節，例如不同絕緣層和金屬填充材料的選擇，以及對信號完整性的影響，還能詳細闡述3D IC的設計流程和方法論。特彆地，對於互連的可靠性問題，例如TSV的應力分布、長期穩定性等，我希望書中能有詳盡的分析。另外，在3D IC的集成設計方麵，我尤其看重書中關於如何進行多芯片異構集成（heterogeneous integration）的討論，這涉及到不同工藝製程、不同功能模塊的芯片如何有效地組閤在一起，以及它們之間的通信和接口設計。這本書的齣現，無疑為我們這些身處技術一綫的人員提供瞭一本寶貴的參考書，有望幫助我們理清思路，應對日益復雜的集成挑戰，並可能從中挖掘齣新的技術突破點。

評分☆☆☆☆☆

最近我翻閱瞭《矽通孔與三維集成電路》一書，我是一名在微電子領域深耕多年的研究學者，一直關注著集成電路技術的發展前沿。這本書的齣現，正好契閤瞭我對TSV和3D IC技術最新進展的探究。我尤其對書中關於TSV的電學特性和信號完整性分析感興趣，例如TSV的寄生參數如何影響信號的傳輸速度和質量，以及如何通過優化設計來減小這些影響。同時，對於3D IC的互連技術，我希望書中能深入探討矽橋（silicon bridge）等替代TSV的連接方式，以及它們在不同應用場景下的優勢。此外，書中關於3D IC的測試和失效分析我也十分期待，畢竟隨著集成度的提高，測試的復雜度也會呈指數級增長，找到有效的測試方法對於保證産品的可靠性至關重要。從目前的閱讀體驗來看，這本書的理論深度和技術廣度都相當可觀，相信它能為我的研究提供新的思路和數據支持，並可能引發我對於下一代集成電路封裝技術的深入思考。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我剛剛拆開它，封麵設計簡潔大氣，一看就是專業領域的力作。《矽通孔與三維集成電路》，這名字聽起來就充滿瞭科技感和未來的氣息。我是一名剛剛畢業進入一傢芯片設計公司的應屆生，對這個領域充滿好奇和求知欲。雖然在學校裏學過一些相關的課程，但總感覺理論知識和實際應用之間存在一些隔閡。我非常希望這本書能幫助我填補這方麵的空白。例如，關於TSV的製造，我希望看到詳細的流程圖和工藝參數說明，讓我瞭解每一步是如何實現的，以及可能遇到的問題。對於3D IC，我更關心的是它如何改變傳統的芯片架構，以及如何實現更高效的數據傳輸和通信。特彆是如何剋服三維堆疊帶來的散熱難題，如何設計閤理的電源分配網絡，這些都是我迫切想瞭解的。這本書的到來，就像為我打開瞭一扇通往先進封裝技術的大門，我期待它能讓我更快地成長，更快地適應行業的需求，為未來的芯片設計貢獻自己的力量。