信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术 [Through-Silicon Vias for 3D Integration] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 刘汉诚（John H.Lau） 著

图书标签:

• 3D集成
• 硅通孔
• TSV
• 集成电路
• 微电子
• 半导体
• 封装技术
• 信息技术
• 电子工程
• 材料科学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030393302

版次：1

商品编码：11391022

包装：平装

丛书名： 信息科学技术学术著作丛书

外文名称：Through-Silicon Vias for 3D Integration

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：487

字数：677000###

内容简介

　　《信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术》系统讨论用于电子、光电子和MEMS器件的三维集成硅通孔（TSV）技术的最新进展和未来可能的演变趋势，同时详尽讨论三维集成关键技术中存在的主要工艺问题和可能的解决方案。通过介绍半导体工业中的纳米技术和三维集成技术的起源和演变历史，结合当前三维集成关键技术的发展重点讨论TSV制程技术、晶圆减薄与薄晶圆在封装组装过程中的拿持技术、三维堆叠的微凸点制作与组装技术、芯片／芯片键合技术、芯片／晶圆键合技术、晶圆／晶圆键合技术、三维器件集成的热管理技术以及三维集成中的可靠性等关键技术问题，最后讨论可实现产业化规模量产的三维封装技术以及TSV技术的未来发展趋势。
　　《信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术》适合从事电子、光电子、MEMS等器件三维集成研究工作的工程师、技术研发人员、技术管理人员和科研人员阅读，也可以作为相关专业大学高年级本科生和研究生的教材。

作者简介

　　曹立强，1974年9月出生。工学博士，现为中国科学院微电子研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者。1997年毕业于中国科学技术大学，2003年在瑞典Chalmers大学微电子及纳米技术研究中心获得博士学位。曾在瑞典国家工业产品研究所、北欧微系统集成技术中心、美国Intel技术开发有限公司从事系统级封装技术的研发和管理工作。主要从事先进封装的研究工作，承担了国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目、国家创新团队国际合作计划等项目，在电子封装材料、品圆级系统封装、三维硅通孔互连技术等方面取得多项成果，授权发明专利10余项，SCI/EI收录论文50余篇。

内页插图

目录

序
前言
致谢
导读

第1章 半导体工业的纳米技术和三维（3D）集成技术
1.1 引言
1.2 纳米技术
1.2.1 纳米技术起源
1.2.2 纳米技术重要的里程碑
1.2.3 石墨烯与电子工业
1.2.4 纳米技术的展望
1.2.5 摩尔定律：电子工业的纳米技术
1.3 三维集成技术
1.3.1 硅通孔（TSV）技术
1.3.2 三维集成技术的起源
1.4 三维硅集成技术的挑战和展望
1.4.1 三维硅集成技术
1.4.2 三维硅集成键合组装技术
1.4.3 三维硅集成技术面临的挑战
1.4.4 三维硅集成技术的展望
1.5 三维集成电路（3DIC）集成技术的潜在应用和挑战
1.5.1 3DIC集成技术的定义
1.5.2 移动电子产品的未来需求
1.5.3 带宽和wideI／O的定义
1.5.4 储存器的带宽
1.5.5 存储器芯片堆叠
1.5.6 wideI／O存储器
1.5.7 wideI／O动态随机存储器（DRAM）
1.5.8 wideI／O接口
1.5.9 2.5 D和3DIC集成（有源和无源转接板）技术
1.6 2.5 DIC最新进展（转接板）技术的最新进展
1.6.1 用作中间基板的转接板
1.6.2 用作应力释放（可靠性）缓冲层的转接板
1.6.3 用作载板的转接板
1.6.4 用作热管理的转接板
1.7 三维集成TSV无源转接板技术发展的新趋势
1.7.1 双面贴装空腔式转接板技术
1.7.2 有机基板开孔式转接板技术
1.7.3 设计案例
1.7.4 带有热塞或散热器的有机基板开孔式转接板技术
1.7.5 超低成本转接板技术
1.7.6 用于热管理的转接板技术
1.7.7 对于三维光发射二极管（LED）和SiP有埋入式微流道的转接板
1.8 埋人式3DIC集成
1.8.1 带应力释放间隙的半埋入式转接板
1.8.2 用于光电互连的埋入式三维混合IC集成技术
1.9 总结与建议
1.10 TSV专利
1.11 参考文献
1.12 其他阅读材料
1.12.1 TSV、3D集成和可靠性
1.12.2 3DMEMS和IC集成
1.12.3 半导体IC封装

第2章 硅通扎（TSV）技术
2.1 引言
2.2 TSV的发明
2.3 可采用TSV技术的量产产品
2.4 TSV孔的制作
2.4.1 DRIE与激光钻孔
2.4.2 制作椎形孔的DRIE工艺
……
第3章 硅通孔（BV）：机械、热和电学行为
第4章 薄晶圆强度测量
第5章 薄晶圆拿持技术
第6章 微凸点制作、组装和可靠性
第7章 微凸点的电迁移
第8章 瞬态液相键合：芯片到芯片（C2C），芯片到晶圆（C2W），晶圆到晶圆（W2W）
第9章 三维集成电路集成的热管理
第10章 三维集成电路封装
第11章 三维集成的发展趋势
索引

前言/序言

　　硅通孔（TSV）技术是3D硅集成与3DIC集成的最重要的核心技术。TSV为芯片到芯片互联提供了最短的距离、最小的焊盘尺寸和中心距。与其他互连技术如引线键合技术相比，TSV技术的优点包括：更好的电学性能、更低的功耗、更高的带宽、更高的密度、更小的尺寸、更轻的重量。
　　TSV是一种颠覆性的技术。对于所有的颠覆性技术，我们的问题总是：“它将取代什么技术？”和“它的成本是多少？”目前而言，不幸的是，TSV技术正试图取代目前高良率、低成本而且最成熟的引线键合技术。制作TSV需要6个关键工艺步：深反应离子刻蚀（DRIE）制作TSV孔，等离子增强化学气相沉积（PECVD）介电层，物理气相沉积（PVD）阻挡层和种子层，电镀铜填孔，化学机械抛光（CMP）去除多余铜，TSV铜外露。可见，与引线键合相比，TSV技术十分昂贵！然而，正如昂贵的倒装芯片技术一样，由于其独特优势，仍然在高性能、高密度、低功耗以及宽带宽产品中得到应用。
　　除了TSV技术，3D硅集成与3DIC集成的另外一些关键技术还包括薄晶圆的强度测量和拿持，以及热管理等。3DIC集成中的关键技术包括晶圆微凸点制作、组装以及电迁移问题的处理等核心技术。在这本书里，所有这些核心技术都会被涉及或讨论到。
　　本书内容主要有7个部分：（1）半导体工业中的纳米技术和3D集成技术（第1章）；（2）TSV技术与TSV的力学、热学与电学行为（第2章和第3章）；（3）薄晶圆强度测量与拿持技术（第4章和第5章）；（4）晶圆微凸点制作、组装与可靠性，电迁移问题（第6章和第7章）；（5）瞬态液相键合技术（第8章）；（6）热管理（第9章）；（7）3DIC封装技术（第10章）。本书最后在第11章给出对未来（到2020年）该领域发展趋势的几点想法。
　　第1章简要介绍半导体产业中的纳米技术及其展望，并给出3D硅集成与3DIC集成近期的进展、挑战和发展趋势。

《信息科学技术学术著作丛书：下一代半导体封装技术与材料前沿》 图书简介 在信息技术日新月异的今天，半导体器件的集成密度和性能提升已经成为推动整个科技产业发展的核心动力。随着传统二维集成技术的物理极限日益逼近，以三维集成（3D Integration）为代表的下一代封装技术正以前所未有的速度崛起，它不仅为突破摩尔定律的瓶颈提供了新的途径，更为实现更强大、更高效、更微型化的电子产品奠定了基础。本套“信息科学技术学术著作丛书”旨在系统性地梳理和探讨信息科学技术领域的关键前沿课题，而本卷，《下一代半导体封装技术与材料前沿》，则将目光聚焦于当前半导体产业最激动人心、最具颠覆性的领域之一——下一代半导体封装技术及其关键支撑材料。 本书并非仅仅是对现有技术的简单罗列，而是深入挖掘了下一代半导体封装技术背后的科学原理、工程挑战以及未来的发展趋势。它以严谨的学术态度，结合大量的理论分析、实验数据和工业实践，为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，以理解和掌握这项革命性技术。本书的编写，汇集了在半导体封装、材料科学、微电子工程等领域享有盛誉的专家学者，他们的智慧结晶和丰富经验，使得本书具有极高的学术价值和实践指导意义。 核心内容概览： 本书的主体内容涵盖了下一代半导体封装技术的多个关键维度，并对其支撑材料进行了深入剖析。以下是本书的主要章节和内容要点： 第一部分：下一代半导体封装技术理论基础与发展趋势 超越摩尔定律的驱动力与三维集成机遇： 深入分析了摩尔定律面临的挑战，以及三维集成作为一种全新的技术范式，如何通过垂直堆叠和异构集成，突破传统二维平面设计的限制，实现性能的飞跃。本章将详细阐述三维集成的基本概念、优势，以及其在高性能计算、人工智能、物联网等领域的巨大潜力。 先进封装技术分类与演进路径： 本章将对当前主流的先进封装技术进行系统性的梳理和分类，包括但不限于2.5D封装（如硅中介层）、3D封装（如堆叠芯片）、扇出晶圆级封装（Fan-Out WLP）、系统级封装（SiP）等。同时，将探讨这些技术的发展脉络，以及它们如何相互借鉴、融合，共同推动半导体封装的进步。 异构集成（Heterogeneous Integration）的核心理念与实现策略： 异构集成是下一代半导体封装的核心思想之一。本章将深入探讨异构集成的概念，即如何将不同功能、不同工艺、不同材料的芯片在同一封装中进行高效集成。我们将重点分析实现异构集成的关键技术，如Chiplet（小芯片）设计、多芯片模组（MCM）技术、以及不同类型芯片的互联互通解决方案。 未来封装技术展望： 本章将目光投向更远的未来，探讨一些新兴的、尚未成熟但极具潜力的封装技术，例如 Chip-to-Wafer（C2W）、Wafer-to-Wafer（W2W）集成、以及与量子计算、光子计算等前沿技术相结合的封装方案。 第二部分：关键下一代半导体封装技术深度解析 2.5D封装技术详解（以硅中介层为例）： 详细介绍2.5D封装的核心技术，重点以硅中介层（Silicon Interposer）为例，阐述其结构、设计、制造工艺以及互连技术（如微凸点、TSV）。我们将分析硅中介层在实现高密度互连、提升信号完整性和降低功耗方面的作用。 3D封装技术（芯片堆叠）的挑战与机遇： 深入探讨3D封装技术，包括垂直堆叠芯片的原理、优势以及实现过程中面临的挑战，例如热管理、电源分配、良率控制以及先进的堆叠互连技术（如TSV，但不限于TSV）。本章将分析不同类型的3D封装架构，如3D-ICs、3D-SRAM等。 扇出晶圆级封装（Fan-Out WLP）的工艺与应用： 详细阐述扇出晶圆级封装的工艺流程，包括芯片重分布、模塑、再布线层（RDL）形成等关键步骤。分析Fan-Out WLP如何在不使用衬底的情况下实现更高的I/O密度和更好的散热性能，并介绍其在移动设备、射频模块等领域的广泛应用。 系统级封装（SiP）的集成策略与设计考量： 探讨系统级封装如何通过集成多种功能模块（如处理器、存储器、传感器、RF器件等）在一个封装内，实现系统的小型化、高性能化和低成本化。本章将分析SiP的设计方法、不同模块之间的接口技术以及协同优化。 第三部分：下一代半导体封装的关键支撑材料 先进互连材料： 微凸点（Micro-bumps）与再布线层（RDL）： 详细介绍用于芯片间和芯片与中介层之间连接的微凸点材料（如铜、锡铅合金、金）和RDL材料（如铜、铝），以及它们的工艺制备、可靠性评估和性能优化。 硅通孔（Through-Silicon Vias, TSVs）材料与工艺： （请注意：本部分将不包含“硅通孔3D集成技术”这一特定书名内容，而是从材料和工艺的视角，探讨TSV作为一种先进互连技术在更广泛的封装应用中的作用。）本章将聚焦于TSV的制造过程中所使用的关键材料，例如导电材料（如铜、钨）、介电材料（如氮化硅、二氧化硅）以及填充材料。同时，将深入分析TSV的形成工艺（如深硅刻蚀、导电填充、绝缘层形成）以及其对器件性能和可靠性的影响。我们也将讨论TSV在不同封装架构（如3D-ICs、MCM）中的应用，以及其在集成中的技术挑战。 其他先进互连技术材料： 介绍如金属纳米线、二维材料等新兴的互连材料在下一代封装中的应用潜力。 封装基板与中介层材料： 高密度互连（HDI）基板材料： 探讨用于支撑和连接芯片的先进封装基板材料，包括BT树脂、ABF（Ajinomoto Build-up Film）、聚酰亚胺（PI）等，以及它们的特性（如介电常数、热膨胀系数、机械强度）与设计需求。 硅中介层材料与工艺： 再次强调硅作为中介层材料的优势，并探讨其制造工艺的精度要求和可靠性保障。 有机中介层材料： 介绍除了硅中介层之外，有机材料在中介层应用中的进展和优势。 散热材料与热管理方案： 导热材料： 探讨用于解决高密度集成芯片散热问题的导热材料，如导热硅脂、导热垫片、石墨烯、金属基复合材料等。 热界面材料（TIMs）： 详细介绍TIMs在芯片与散热器之间传导热量中的作用，以及不同类型TIMs（如金属、陶瓷、聚合物基）的性能特点。 先进散热技术： 介绍如微通道散热、热管、相变散热等主动和被动散热技术在下一代封装中的集成应用。 封装可靠性材料与测试： 封装应力与可靠性： 分析封装过程中产生的应力对器件寿命的影响，以及相关的材料选择和设计策略。 可靠性测试方法与标准： 介绍下一代封装所需的先进可靠性测试方法，如高加速应力测试（HAST）、热循环测试（TCT）、机械冲击测试等。 第四部分：下一代半导体封装的挑战与未来展望 设计与仿真工具链： 探讨下一代封装所需的先进设计自动化（EDA）工具和仿真技术，以应对复杂的多物理场耦合问题（如电、热、力）。 制造工艺与良率提升： 分析下一代封装制造过程中面临的工艺挑战，如高精度对准、良率控制、成本优化等，并探讨相应的解决方案。 供应链与生态系统： 讨论构建稳定、高效的下一代半导体封装供应链和产业生态系统的必要性与策略。 跨领域应用前景： 展望下一代半导体封装在人工智能、5G/6G通信、自动驾驶、医疗电子、高性能计算等领域的广泛应用前景，以及其对科技进步的驱动作用。 本书的编写团队不仅关注技术的深度，也重视其广度和前沿性。我们力求为读者提供一个清晰的知识体系，帮助他们理解下一代半导体封装技术的演进逻辑，把握其核心技术要点，并预见其未来的发展方向。对于从事半导体研发、设计、制造、封装以及相关材料科学研究的科研人员、工程师、研究生而言，本书将是一部不可或缺的参考著作。同时，对于关注信息技术产业发展趋势的行业决策者、投资者，本书也能提供有价值的洞察。 我们相信，通过深入阅读本书，读者将能够对下一代半导体封装技术与材料前沿有一个全面、深刻的认识，并激发更多的创新思路，共同推动信息科学技术的持续发展。

评分☆☆☆☆☆

我一直对微电子技术的最新进展充满热情，而3D集成技术无疑是当前最令人兴奋的领域之一，其中硅通孔（TSV）更是其中的关键技术。这本《信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术》为我提供了一个极佳的学习平台。书中对TSV的工艺流程，从晶圆制备到TSV的形成，再到TSV的填充和后续的互连，都有非常详尽的描述。作者不仅关注了单个TSV的技术细节，还深入探讨了TSV阵列的协同效应以及对整个3D芯片良率的影响。我尤其对书中关于TSV成本分析和经济效益评估的部分很感兴趣，这有助于我理解TSV技术从实验室走向大规模应用的实际考量。此外，书中也对TSV未来的发展趋势，例如微型TSV（micro-TSV）和高密度TSV（high-density TSV）等新兴技术进行了前瞻性的探讨，这让我看到了TSV技术持续演进的巨大潜力。这本书的出现，极大地丰富了我对3D集成技术，特别是TSV技术全面而深入的认识，也激发了我对这一领域的进一步探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在半导体行业工作的工程师，我一直在寻找能够帮助我更深入理解硅通孔（TSV）技术及其在3D集成应用的书籍。这本《信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术》正是这样一本极具价值的参考资料。它不仅仅停留在理论层面，而是将TSV技术与实际的3D集成应用紧密结合。书中对各种TSV集成方案，例如后段TSV（Back-end TSV）、前段TSV（Front-end TSV）以及混合式TSV（Hybrid TSV）的优劣势进行了对比分析，并结合实际的芯片设计和制造流程，给出了详细的考量因素。我特别欣赏书中关于TSV对信号完整性和电源完整性影响的讨论，这些都是在实际设计中必须面对的关键问题。作者通过大量的图示和案例分析，生动地展示了TSV在提升芯片性能、降低功耗以及缩小芯片尺寸方面的巨大优势。这本书为我提供了解决实际工程问题的思路和方法，也让我对TSV技术在推动下一代高性能计算、人工智能和物联网等领域发展中的作用有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸翻阅了这本关于硅通孔3D集成技术的学术著作，它给我的感受非常复杂，既有惊叹于作者知识的广博，也有对某些技术细节的深入思考。书中对TSV在3D集成中的关键作用进行了多角度的解读，让我深刻体会到TSV如何打破平面互连的瓶颈，实现芯片之间更短、更宽的通信通道。我特别喜欢其中关于TSV对芯片性能提升的量化分析，从功耗、速度到封装密度，都有扎实的理论依据和实验数据支撑。其中讨论到的多种TSV结构，例如单端TSV、差分TSV，以及它们在不同应用场景下的优劣势，对我理解如何根据具体需求选择合适的TSV设计提供了清晰的思路。书中还详细介绍了TSV在构建高性能计算、存储器以及先进传感器等领域的应用案例，这些鲜活的例子极大地激发了我对未来微电子产业发展的想象。虽然某些章节涉及的数学模型和物理原理对我来说有一定挑战，但这正是我所需要的，它促使我去深入思考，去主动学习，去拓展自己的知识边界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，无疑为我打开了一扇通往微电子未来世界的大门。作为一名对前沿技术充满好奇心的学生，我一直在寻找能够深入理解3D集成技术核心——硅通孔（TSV）的权威著作，而这本《信息科学技术学术著作丛书：硅通孔3D集成技术》恰恰满足了我的期待。它不仅仅是一本技术手册，更像是一次深度探索的旅程。书中对TSV的各种制造工艺进行了详尽的介绍，从传统的干法刻蚀到新兴的湿法腐蚀，从高深莫测的等离子体工艺到精妙绝伦的激光钻孔，作者都以严谨的态度和清晰的逻辑进行了阐述。我尤其对其中关于TSV互连线材料的选择和优化部分印象深刻，各种金属材料的特性、电迁移问题以及可靠性分析，都为我理解TSV在实际应用中的挑战提供了宝贵的知识。此外，书中对TSV的电气性能建模和仿真技术也有深入的探讨，这对于我日后进行相关的理论研究和工程实践至关重要。读完这部分内容，我感觉自己对TSV的认识上升到了一个新的高度，也更加理解了3D集成技术所蕴含的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我最近的学习计划中扮演了极其重要的角色，它是我深入了解硅通孔（TSV）技术的一扇重要窗口。我一直对3D集成技术的发展趋势感到好奇，而TSV作为其核心之一，其技术细节和发展前景一直是我想探究的重点。这本书恰好提供了一个非常全面和深入的视角。书中对TSV的可靠性问题，例如界面缺陷、应力分布以及热管理等方面，都进行了细致入微的分析。作者不仅指出了潜在的失效模式，还提出了多种解决方案和优化策略，这对于保障TSV在复杂3D集成环境下的长期稳定运行至关重要。我印象最深的是关于TSV的测试和表征技术这一章节，从显微镜下的形貌观察到电气性能的参数测量，再到失效分析的手段，都让我对如何评估TSV的质量有了系统的认识。这本书为我提供了一个扎实的理论基础，也为我未来在TSV领域的深入研究和技术攻关奠定了坚实的基础。