硅通孔与三维集成电路 朱樟明,杨银堂

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朱樟明,杨银堂 著
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店铺: 典则俊雅图书专营店
出版社: 科学出版社有限责任公司
ISBN:9787030471642
商品编码:29825111275
包装:平装
出版时间:2017-12-01

具体描述

  图书基本信息,请以下列介绍为准
书名硅通孔与三维集成电路
作者朱樟明,杨银堂
定价68.00元
ISBN号9787030471642
出版社科学出版社有限责任公司
出版日期2017-12-01
版次1

  其他参考信息(以实物为准)
装帧:平装开本:重量:0.4
版次:1字数:页码:
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  目录

  内容提要
本书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IEEETED、IEEEMWCL等外期刊上发表,可以直接供读者参考。

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  作者介绍

  序言

书名: 硅通孔与三维集成电路 作者: 朱樟明,杨银堂 图书简介: 随着信息技术的飞速发展,集成电路的性能提升已成为推动科技进步的核心驱动力。然而,传统的二维平面集成电路在尺寸缩小、功耗控制以及通信带宽等方面逐渐显现出瓶颈。三维集成电路(3D IC)技术,通过在垂直方向上堆叠多个芯片层,并利用硅通孔(TSV)进行层间互连,为突破这些瓶颈提供了革命性的解决方案。本书深入探讨了硅通孔与三维集成电路的关键技术、挑战与未来发展方向,旨在为相关领域的研究人员、工程师和学生提供全面而深入的指导。 第一部分:三维集成电路的技术概述与优势 本部分将从宏观层面介绍三维集成电路的概念、发展历程及其相对于二维集成电路的显著优势。我们将详细阐述三维集成电路如何在芯片面积不变的情况下,通过堆叠实现更高的集成密度,从而提升单位面积的计算能力和存储容量。同时,深入分析三维集成电路在降低互连延迟、减小功耗、提升通信带宽以及实现异构集成等方面的独特价值。例如,通过缩短垂直互连距离,可以大幅降低信号传输延迟,对于高性能计算、人工智能和通信等领域至关重要。此外,三维集成电路在异构集成方面的潜力,允许不同功能(如逻辑、存储、射频、传感器等)的芯片在垂直方向上组合,实现系统级的性能优化和功能整合,这是传统二维技术难以比拟的。 第二部分:硅通孔(TSV)技术详解 硅通孔(Through-Silicon Via,TSV)是实现三维集成电路层间互连的核心技术。本部分将对其进行详尽的剖析,包括其结构、制造工艺、材料选择以及关键的电气和热学特性。我们将详细介绍目前主流的TSV制造方法,如顶到底(Top-Down)工艺和底到顶(Bottom-Up)工艺,并对比分析各自的优缺点、工艺流程以及在不同应用场景下的适用性。对于TSV的介电隔离层,我们将深入探讨其材料选择(如SiO2, SiN等)和沉积工艺,以及它们对TSV性能的影响。同时,我们会重点关注TSV的金属填充技术,包括铜填充、钨填充以及先进的先进埋入式TSV(Buried TSV)技术,并讨论其面临的挑战,如微观空洞、应力集中和形变等。 第三部分:TSV的电气特性与挑战 TSV的电气特性直接影响着三维集成电路的信号完整性、性能和功耗。本部分将深入分析TSV的寄生效应,包括电容、电感和电阻。我们将详细阐述这些寄生效应的来源,例如TSV壁与衬底之间的耦合电容,TSV金属填充与衬底之间的漏电,以及TSV结构的感抗效应。这些寄生效应可能导致信号串扰、时序失真、信号衰减和功耗增加。因此,理解和量化这些寄生效应对于设计高性能的三维集成电路至关重要。我们将介绍相关的建模方法和仿真工具,以帮助工程师进行准确的性能预测和优化。此外,本部分还将讨论TSV的互连可靠性问题,例如TSV与硅衬底之间的热应力、机械应力以及化学腐蚀等,这些都可能导致TSV失效,影响器件的长期稳定性。 第四部分:TSV的制造工艺与挑战 TSV的制造是三维集成电路实现的关键环节,其工艺复杂且成本高昂。本部分将详细介绍TSV的制造流程,包括微盲孔/通孔的刻蚀、介电层的绝缘、金属的填充以及晶圆的减薄和键合。我们将重点讨论各个工艺步骤中可能遇到的挑战,例如深硅刻蚀(DRIE)中的侧壁形貌控制、底部选择性以及刻蚀速率的均匀性;绝缘层沉积的均匀性和致密性;金属填充中的空洞形成、埋入式TSV的平面度控制;以及晶圆减薄的精度和均匀性。此外,还将探讨TSV制造过程中对晶圆整体性能的影响,如晶圆翘曲、应力分布以及对后续器件制造的影响。 第五部分:三维集成电路的互连与封装技术 实现高效的层间互连是三维集成电路设计的核心。本部分将详细介绍不同类型的TSV互连结构,包括短TSV、长TSV以及各种密度的TSV阵列。我们将分析不同TSV布局对信号传输、功耗以及制造良率的影响。同时,本部分也将深入探讨三维集成电路的封装技术。这将包括各种堆叠方式,如2.5D封装(通过硅中介层连接)和真正的3D堆叠(直接TSV互连)。我们将分析不同的封装材料、工艺以及封装结构如何影响芯片的散热、机械强度和电学性能。特别地,我们将讨论先进的封装技术,如晶圆级封装(WLP)、扇出型晶圆级封装(FOWLP)以及2.5D/3D封装技术,并分析它们在实现高性能、高密度三维集成电路中的作用。 第六部分:三维集成电路的设计方法与工具 设计复杂的三维集成电路需要先进的设计方法学和专用EDA工具。本部分将介绍三维集成电路的设计流程,包括系统级划分、架构设计、逻辑设计、物理设计以及验证。我们将详细探讨在TSV存在的情况下,如何进行布局布线、时序分析、功耗优化以及信号完整性分析。特别地,我们将介绍专门针对TSV和3D IC的设计工具和技术,如3D IC布局布线工具、TSV寄生参数提取与仿真工具、以及多层芯片的功耗和热管理工具。同时,也会讨论如何进行3D IC的设计验证,以确保其功能正确性和性能达标。 第七部分:三维集成电路的应用领域与前景展望 三维集成电路技术正在各个领域展现出强大的应用潜力。本部分将重点介绍其在高性能计算、人工智能、数据中心、通信设备、移动终端以及物联网等领域的具体应用案例。例如,在人工智能领域,3D IC可以实现高带宽内存(HBM)与AI加速器芯片的紧密集成,大幅提升训练和推理性能。在数据中心,3D IC有助于构建更高密度、更低功耗的服务器和网络设备。同时,本部分还将展望三维集成电路的未来发展趋势,包括更小尺寸、更高密度、更低功耗的TSV技术,以及新型的层间互连技术(如二维材料互连、光互连等)和先进的封装技术。我们将讨论3D IC在实现更高集成度、更强功能性以及更低成本方面的持续演进,并分析其对未来电子产业格局的深远影响。 第八部分:面临的挑战与未来发展方向 尽管三维集成电路技术取得了显著进展,但仍面临诸多挑战。本部分将深入探讨这些挑战,包括但不限于:TSV制造的成本、良率和一致性;TSV的可靠性问题,特别是长期工作下的性能衰减;复杂3D IC的设计和验证难度;以及异构集成的协同设计与制造。同时,我们将对未来发展方向进行展望,例如,探索更经济高效的TSV制造工艺,开发更先进的TSV材料和结构,研究更可靠的TSV互连技术,以及发展支持异构集成的EDA工具链。此外,还将讨论3D IC与新兴技术的融合,如量子计算、神经形态计算等,以及这些融合可能带来的颠覆性创新。 本书旨在为读者构建一个关于硅通孔与三维集成电路的完整知识体系,从基本概念到前沿技术,从理论分析到实际应用,力求全面、深入、系统地展现该领域的现状与未来。

用户评价

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这本书的封面设计给我一种严谨、专业的科技感,深邃的蓝色背景搭配清晰的文字,让人一眼就能感受到这是一本内容扎实的学术著作。我一直对微电子技术,尤其是半导体器件的发展充满好奇,而“硅通孔”(TSV)和“三维集成电路”(3D IC)无疑是当下集成电路领域最前沿、最热门的技术方向。硅通孔作为实现三维集成的关键技术,其制造工艺、材料选择、电学特性等都涉及到复杂的物理和化学原理,而三维集成电路更是将传统二维平面上的元器件堆叠起来,极大地提高了集成密度和性能,这其中的挑战和机遇都让我非常着迷。我期待这本书能够深入浅出地剖析这些技术的本质,从基础理论到实际应用,为我揭示其背后隐藏的奥秘。例如,对于硅通孔的制造,我特别想了解目前主流的技术路线有哪些,它们各自的优缺点是什么?比如,激光钻孔、深硅刻蚀等方法在精度、成本、良率等方面是如何权衡的?在材料方面,如何选择合适的导电材料填充TSV,才能保证良好的导电性能和可靠性?在器件层面,如何设计和制备适合三维堆叠的晶体管,以克服垂直方向上的互连延迟和功耗问题?这些都是我非常感兴趣的细节,希望能在这本书中得到解答。同时,对于三维集成电路的系统设计,我也充满了疑问。如何进行有效的热管理,以应对堆叠密集带来的散热难题?如何优化垂直互连的网络,以最大限度地减少信号延迟和功耗?这些挑战的解决,将直接影响到三维集成电路的实用性和推广。

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这本书的书名,给我一种严谨且充满未来感的印象。《硅通孔与三维集成电路》——这两个词汇组合在一起,立即勾勒出一幅精密、高效的微电子世界蓝图。我一直对半导体行业的发展有着浓厚的兴趣,深知硅通孔(TSV)是实现三维集成电路(3D IC)的核心技术之一。我对TSV的制造工艺感到无比好奇,究竟是怎样一种精密的蚀刻技术,能够在一个微观尺度上,精确地在硅片上形成贯穿的通道?是激光、等离子体,还是其他更为复杂的化学反应?这些工艺在控制孔径、深度、侧壁光滑度以及避免缺陷方面,又面临着怎样的挑战?而填充这些孔洞的导电材料,其选择和沉积技术又有多么重要?是否会涉及到高导电性的金属,如铜,或者新兴的纳米材料?至于三维集成电路,这本身就代表着集成电路设计思维的革新,将原本平铺的二维结构转化为立体的集成单元。我非常期待书中能够深入阐述3D IC的系统设计理念,例如如何进行芯片的垂直堆叠、键合以及互连?如何在多层结构中实现高效的信号传输和电源分配?尤其让我关心的是,3D IC在散热管理方面所面临的巨大挑战,以及相应的解决方案,这无疑是影响其广泛应用的关键因素。

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当我看到《硅通孔与三维集成电路》的书名时,我脑海中立刻浮现出一种精密、层叠的微观世界景象,仿佛是在探索芯片制造的“纵向维度”。我一直对集成电路技术的发展趋势保持着高度关注,而硅通孔(TSV)作为实现三维集成电路(3D IC)的关键技术,一直是我非常感兴趣的领域。我迫切想了解,书中是如何剖析硅通孔的形成机理和制造工艺的?例如,在制作过程中,是如何实现高纵横比的深孔刻蚀?所采用的刻蚀方法,如深反应离子刻蚀(DRIE)或激光钻孔,各自的优缺点和适用范围是什么?在TSV的填充材料方面,除了传统的铜,书中是否会探讨其他新型导电材料,如银、钨、甚至是碳纳米管,它们在导电性、可靠性以及与硅基底的界面特性方面有何表现?同时,对于三维集成电路的系统设计,我同样充满了好奇。如何有效地将多个芯片层级进行垂直堆叠和互连?在设计过程中,会遇到哪些独特的挑战,比如信号完整性、电源分配、以及最重要的——热管理问题?我希望这本书能够提供详细的技术解析,并可能结合实际的应用案例,展示3D IC在高性能计算、移动设备、人工智能等领域的巨大潜力。

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读到这本书的书名,我脑海中立刻浮现出一种精密的、层层叠叠的微观世界景象,仿佛是由无数微小的电子元件像搭积木一样垂直堆砌而成。我对“硅通孔”这个概念既陌生又充满好奇。它听起来就像是连接这些垂直堆叠层面之间的“隧道”,是实现三维集成电路的“生命线”。我非常想了解,究竟是什么样的工艺能够在一个极薄的硅片上精确地打通这些微小的孔洞,并且保证其内部的导电性能?这其中涉及到的刻蚀技术、填充材料、绝缘层制备等,想必都非常精妙。而“三维集成电路”更是让我联想到未来计算能力的指数级增长。想象一下,如果所有的处理器、内存、甚至传感器都能像摩天大楼一样垂直排列,那么我们现在面临的芯片面积限制、信号传输延迟等问题是否都能迎刃而解?我猜测这本书会从基础的材料科学讲起,探讨硅的独特性质如何被利用来实现TSV的制造,然后深入到TSV的各种制造工艺,比如哪些是成熟的,哪些是正在研发的。接着,作者可能会阐述如何利用TSV将不同的逻辑单元、存储单元甚至不同的芯片进行垂直连接,构建出高性能、低功耗的3D IC系统。我尤其关心的是,在三维集成电路的设计过程中,会面临哪些新的挑战?比如,如何有效地管理芯片的散热?如何解决不同层之间芯片的功耗分配和信号完整性问题?这些都是从二维平面设计向三维空间设计的巨大跨越,其中必然包含着许多创新性的解决方案。

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当我看到这本书的书名时,我立刻被“硅通孔”这个词所吸引。它给我一种非常具象的联想,好像在硅片上开辟了无数微小的通道,用于连接不同的层级。这不禁让我思考,这样的通道是如何实现的?是激光钻孔?还是精密的刻蚀技术?而“三维集成电路”这个概念更是让我眼前一亮,这预示着集成电路设计将突破传统的二维平面限制,进入一个全新的维度。我一直关注着半导体行业的发展,深知摩尔定律的放缓,而3D IC被认为是延续集成电路性能提升的重要途径之一。我非常期待这本书能够系统地介绍硅通孔的形成机理、制造工艺以及相关的材料科学。例如,在制造过程中,如何保证TSV的尺寸精度和均匀性?如何防止侧壁漏电和寄生电容的产生?在填充材料方面,除了传统的金属,是否还有其他更优的选择?对于三维集成电路,这本书是否会从系统架构的角度来阐述?如何将不同功能的芯片(如处理器、内存、射频模块)进行有效的三维堆叠和互连?如何设计高效的电源分配和信号传输网络,以最大限度地发挥3D IC的性能优势?我特别想了解,目前3D IC在哪些领域已经取得了成功的应用,例如高性能计算、移动设备、或者物联网传感器?它在功耗、性能、体积等方面的提升是否显著?这些实际的应用案例将更能证明3D IC的价值和前景。

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这本书的标题《硅通孔与三维集成电路》,给我一种进入微观世界探索精密制造的感觉。我对集成电路的演进史和未来发展方向一直保持着浓厚的兴趣,而硅通孔(TSV)和三维集成电路(3D IC)无疑是当前半导体技术中最令人兴奋的方向之一。TSV,作为连接三维堆叠芯片的关键“桥梁”,它的制造工艺之复杂、技术要求之高,总是让我感到好奇。我想深入了解,究竟有哪些主流的TSV制造技术?例如,是利用激光钻孔、深硅刻蚀(DRIE),还是其他新兴工艺?它们在速度、精度、成本和对硅材料的影响方面有何差异?而且,TSV的填充材料也是一个关键问题,除了常用的铜,是否存在其他金属或非金属材料,它们在导电性、可靠性以及与硅的界面特性方面有何优势?而三维集成电路,则代表着集成电路设计从二维平面向三维空间的巨大飞跃。这必将带来更高的计算密度、更快的通信速度和更低的功耗。我期待这本书能够详细阐述3D IC的系统架构设计,例如如何将不同的功能模块(如CPU、GPU、内存、传感器)进行高效的垂直堆叠和互连?在设计过程中,会遇到哪些独特的挑战?例如,如何实现芯片之间的精确对准和键合?如何解决不同层级芯片之间的热管理问题,这是3D IC面临的重大难题。

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这本书的题目《硅通孔与三维集成电路》在我的脑海中勾勒出一幅精密的微电子制造蓝图。我一直对集成电路的发展趋势保持着高度关注,而硅通孔(TSV)和三维集成电路(3D IC)无疑是当前最引人瞩目的技术革新方向。硅通孔,这个概念本身就充满了技术挑战与创新。它不仅仅是一个简单的“孔”,而是实现芯片垂直堆叠的关键节点,其制造精度、材料填充、电气特性都对最终的3D IC性能有着至关重要的影响。我迫切地想知道,究竟有哪些先进的工艺能够实现TSV的制备?例如,是利用聚焦离子束(FIB)还是深反应离子刻蚀(DRIE)?不同的工艺路线在成本、效率、以及对硅材料的损伤方面有何差异?在TSV的填充材料上,除了铜,是否还有其他新型导电材料被研究和应用,以降低电阻和改善热导率?而三维集成电路,这标志着集成电路设计从平面世界迈向立体空间,这本身就是一场颠覆性的革命。我非常好奇,在3D IC的设计中,会涉及到哪些全新的设计理念和方法论?例如,如何进行芯片的垂直堆叠顺序优化?如何实现不同层级之间的高速、低功耗互连?如何有效地管理芯片的散热问题,这是3D IC面临的最大挑战之一?我希望这本书能够提供详细的解答,并且可以结合实际的案例分析,展示3D IC在各个应用领域的潜力,例如在高性能计算、人工智能加速器、以及先进的通信系统中的应用前景。

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当我看到这本书的书名时,我立刻感受到一股浓厚的学术气息和前沿科技的脉搏。“硅通孔”这个概念,让我联想到在薄薄的硅片上,仿佛被精密地打通了无数细小的通道,而这些通道正是连接起“三维集成电路”的关键。我一直以来都对半导体技术的发展充满好奇,尤其是在摩尔定律逐渐逼近物理极限的今天,3D IC被认为是延续集成电路性能提升的重要途径。因此,我对这本书寄予了很高的期望。我非常想了解,书中是否会详细介绍制造硅通孔的各种工艺?例如,利用激光进行微孔加工,还是通过化学方法进行深硅刻蚀?这些工艺的精度、良率、以及潜在的缺陷是如何被控制的?在TSV的填充材料方面,书中是否会探讨不同材料的选择,例如铜、钨、还是其他更具潜力的导电材料,它们在电阻率、热导率以及长期可靠性方面有何优劣?对于三维集成电路的设计,我更是充满了疑问。如何有效地管理不同层级芯片之间的信号完整性?如何进行精细化的电源分配,以保证整体系统的低功耗运行?如何应对垂直堆叠带来的严峻的热管理挑战?我相信这本书能够为我解答这些疑惑,并且可能还会介绍一些最新的研究成果和应用案例,让我对3D IC的未来发展有更清晰的认识。

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这本书的书名,给我一种极其专业和前沿的科技感,仿佛是在探究集成电路领域的“深层奥秘”。“硅通孔”(TSV)这个词对我来说虽然不陌生,但其具体的制造工艺和技术细节我一直觉得模糊不清,而它又是实现“三维集成电路”(3D IC)的关键技术,这让我对这本书充满了期待。我一直关注着集成电路行业的发展,深知随着制程的不断推进,平面集成面临着越来越大的挑战,而3D IC作为一种颠覆性的技术,被寄予厚望。我非常想了解,究竟是哪些先进的制造技术能够实现硅通孔的精确形成?例如,是采用哪种刻蚀方法,才能在保证高纵横比的同时,获得光滑的侧壁和精确的孔径?在TSV的填充材料方面,除了传统的铜,是否还有其他更具优势的材料,例如银、钨,或者新型的导电聚合物,它们在电阻率、热导率、以及与硅基底的结合力方面有何表现?同时,对于三维集成电路的系统设计,我也有很多疑问。如何在多层芯片之间实现高效、低功耗的互连?如何进行精细化的电源管理和信号完整性分析?以及最重要的,如何有效解决三维堆叠带来的散热问题,确保芯片的稳定运行?我希望这本书能够提供详尽的理论阐述和案例分析,让我对TSV和3D IC有一个全面而深刻的理解。

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当看到《硅通孔与三维集成电路》这本书的书名时,我脑海中立刻浮现出一种极其精密的、如同蜂巢般堆叠的微观结构。我长期以来一直对半导体器件的微缩化和集成化过程感到着迷,而“硅通孔”这个词更是直接点燃了我对下一代集成电路技术的好奇心。“硅通孔”,顾名思义,是在硅材料中形成的通道,我猜测它是在实现芯片层叠过程中不可或缺的连接点。我迫切想了解,究竟是怎样一种精妙的工艺,能够在微米甚至纳米尺度下,在硅晶圆上精确地制造出这些垂直的导电通道?是利用了激光烧蚀,还是采用了化学刻蚀技术?这些工艺又面临着怎样的精度和良率挑战?而“三维集成电路”的概念,则让我看到了半导体行业突破摩尔定律瓶颈的曙光。将原本平铺在二维层面的元器件,通过垂直堆叠的方式实现更高的集成度,这无疑将带来性能的飞跃和体积的缩小。我非常期待这本书能够深入探讨3D IC的设计挑战,例如如何在垂直方向上高效地布线,如何优化电源分配以降低功耗,以及如何解决集成过程中产生的散热难题。此外,我还想知道,TSV和3D IC在实际应用中,例如在高性能计算、移动通信、乃至生物医疗领域,是否已经展现出巨大的潜力,并且有哪些具体的成功案例可以作为参考。

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