BF:3D集成手册-3D集成电路技术与应用 [美] 菲利普·加罗,克里斯多夫·鲍尔,[德] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 菲利普·加罗，克里斯多夫·鲍尔 著

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• 3D集成电路
• 3D IC
• 先进封装
• 集成电路
• 微电子学
• 半导体
• 电子工程
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• 应用

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 中国宇航出版社

ISBN：9787515913001

商品编码：29371840836

包装：平装

出版时间：2017-05-01

基本信息

书名:3D集成手册-3D集成电路技术与应用

定价：198.00元

售价：180.2元

作者: 菲利普·加罗,克里斯多夫·鲍尔,

出版社：中国宇航出版社

出版日期：2017-05-01

ISBN：9787515913001

字数：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

编辑推荐

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内容提要

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三维（3D）集成是一种新兴的系统级集成封装技术，通过垂直互连将不同芯片或模块进行立体集成。《3D集成手册：3D集成电路技术与应用》对国内外研究所和公司的不同3D集成技术进行了详细介绍，系统阐述了不同工艺的设计原理和制作流程。《3D集成手册：3D集成电路技术与应用》旨在及时、客观地向工程师和学者们提供该领域的前沿信息，供相关科研人员及高等院校相关专业的研究生学习、参考与使用。

目录

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第1章 3D集成概述
1．1 引言
1．2 晶圆堆叠技术的发展
1．3 3D封装与3D集成
1．4 非TSV的3D叠层技术
1．4．1 Irvine传感器
1．4．2 超薄芯片叠层（UTCS）（IMEC，RS，U．Barcelona）
1．4．3 富士通公司
1．4．4 Fraunhofer/IZM研究所
1．4．5 3D Plus公司与Leti公司
1．4．6 东芝公司系统封装模块
参考文献
第2章 3D集成的驱动力
2．1 引言
2．2 电性能
2．2．1 信号传输速度
2．2．2 存储器的延迟
2．3 功耗与噪声
2．3．1 噪声
2．4 外形尺寸
2．4．1 非易失性存储器技术：闪存
2．4．2 易失性存储器技术：静态存取存储器（SRAM）与动态存取存储器（DRAM）
2．4．3 CMOS图形传感器
2．5 低成本
2．6 应用驱动
2．6．1 微处理器
2．6．2 存储器
2．6．3 传感器
2．6．4 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）
参考文献
第3章 3D集成工艺技术概述
3．1 3D集成技术概述
3．1．1 硅通孔技术（TSVs）
3．1．2 晶圆减薄
3．1．3 晶圆／IC对准键合
3．2 工艺流程
3．3 3D集成技术
3．3．1 TSV制作
3．3．2 载体晶圆的临时键合
3．3．3 减薄工艺
3．3．4 对准与键合
参考文献

篇 硅通孔制作
第4章 硅通孔的深反应离子刻蚀（DRIE）
4．1 引言
4．1．1 实现硅片贯穿互连技术的深反应离子刻蚀
4．1．2 DRIE的技术状态与基本原理
4．1．3 Bosch工艺
4．1．4 通孔制备方法的选择
4．2 DRIE设备及特征
4．2．1 高密度等离子体反应器
4．2．2 等离子体化学
4．2．3 等离子体诊断和表面分析
4．3 DRIE工艺
第二篇 晶圆减薄与键合技术
第三篇 集成过程
第四篇 设计、性能和热管理
第五篇 应用

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代集成电路设计原理与实践》 概述 《现代集成电路设计原理与实践》是一本深度探讨现代集成电路（IC）设计领域核心理论、关键技术及前沿应用的著作。本书旨在为读者构建一个全面而深入的知识体系，涵盖从基础的半导体物理到复杂的系统级芯片（SoC）设计，并辅以丰富的实践案例和行业洞察。本书的受众群体广泛，既包括对集成电路设计充满热情的高校学生、研究生，也包括希望系统性更新知识、提升专业技能的业界工程师，以及对半导体产业发展感兴趣的研究者和技术管理者。 本书的编写理念是“理论与实践并重，基础与前沿兼顾”。我们不满足于仅仅介绍概念，更注重解析其背后的物理原理、数学模型以及在实际设计流程中的应用。同时，我们紧密跟踪行业发展趋势，将最前沿的技术和理念融入书中，力求为读者提供最具时效性和指导性的信息。 第一部分：集成电路基础理论与材料 本部分将为读者打下坚实的理论基础，是理解后续复杂设计内容的前提。 第一章：半导体物理基础 晶体结构与生长：深入介绍硅等半导体材料的晶体结构，如金刚石立方结构。详细阐述单晶硅的生长技术，包括柴可拉斯基法（Czochralski method）及其改进技术，以及定向凝固法（Floating Zone method）等，分析其在材料纯度、晶体缺陷控制方面的优劣。 能带理论：讲解导带、价带、禁带的概念，区分导体、半导体和绝缘体。深入分析本征半导体和外延半导体的导电机制，包括电子和空穴的产生与复合。 PN结的形成与特性：详述PN结的形成过程，包括掺杂技术（扩散、离子注入）及其对PN结特性的影响。深入分析PN结的电容效应（结电容、扩散电容）、势垒电容，以及在正向偏压和反向偏压下的电流-电压（I-V）特性，为二极管和三极管等器件的分析奠定基础。 载流子输运：深入研究载流子的漂移（Drift）和扩散（Diffusion）现象，阐述其在电场作用下的运动规律。介绍载流子的迁移率（Mobility）和扩散系数（Diffusion Coefficient），以及影响这些参数的环境因素（温度、掺杂浓度）。 第二章：先进半导体材料与工艺 硅的替代材料：探讨III-V族化合物半导体（如GaAs, GaN, InP）及其在高速、高频、光电子领域的应用优势，以及它们的晶体结构、能带特性和生长工艺。介绍宽禁带半导体（如GaN, SiC）在高温、高功率电子器件中的潜力。 薄膜技术：详细介绍各种薄膜沉积技术，包括化学气相沉积（CVD）及其变种（LPCVD, PECVD, MOCVD），物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发），以及原子层沉积（ALD）。分析不同工艺在薄膜厚度、均匀性、化学组成和应力控制上的特点。 光刻技术：深入解析光刻（Photolithography）作为集成电路制造核心工艺的关键环节。详细介绍不同波长的光源（g-line, i-line, DUV, EUV）及其分辨率的提升，掩模版（Mask）的制作，光刻胶（Photoresist）的选择与曝光、显影过程。讲解关键技术如浸没式光刻（Immersion Lithography）和多重曝光（Multi-patterning）的原理与应用。 刻蚀技术：详细阐述干法刻蚀（Dry Etching）和湿法刻蚀（Wet Etching）的原理与优缺点。重点介绍等离子体刻蚀（Plasma Etching）和反应离子刻蚀（RIE），分析其对图形保真度、刻蚀速率、各向异性（Anisotropy）和选择比（Selectivity）的影响。 互连技术：介绍金属互连（如铝、铜）的形成工艺，包括溅射、电镀等。重点讨论铜互连的化学机械抛光（CMP）技术及其重要性。深入研究沟槽填充（Trench Filling）和通孔填充（Via Filling）的技术挑战。 第二部分：模拟集成电路设计 本部分专注于模拟信号的处理和放大，是许多关键应用（如通信、传感器接口）的基础。 第三章：晶体管模型与寄生效应 MOSFET模型：详细介绍MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的各种模型，从基础的平方律模型（Square-Law Model）到更精确的BSIM（Berkeley Short-Channel IGFET Model）系列模型。分析沟道长度调制、短沟道效应（DIBL）、栅极漏电等对器件特性的影响。 BJT模型：介绍双极结型晶体管（BJT）的Ebers-Moll模型和Gummel-Poon模型，分析其在不同工作区域下的行为。 寄生效应分析：深入分析集成电路设计中的各种寄生效应，包括寄生电阻（导线电阻、接触电阻）、寄生电容（互连线间电容、衬底电容）和寄生电感。讲解这些效应如何影响电路的性能（速度、功耗、噪声）以及应对策略。 第四章：基本模拟电路模块 放大器设计：详述各种放大器拓扑结构，包括共源极（Common Source）、共栅极（Common Gate）、共漏极（Common Drain/Source Follower）、共集电极（Common Collector/Emitter Follower）、共基极（Common Base）等。分析它们的增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽和功耗特性。 差分放大器与运算放大器：深入研究差分放大器的设计原理，包括共模抑制比（CMRR）和频率响应。详尽介绍运算放大器（Op-Amp）的结构、增益级、输出级以及补偿技术（如密勒补偿）。分析运算放大器的关键指标：开环增益、单位增益带宽、压摆率（Slew Rate）、输出摆幅、输入失调电压和输入偏置电流。 电流镜与偏置电路：讲解不同类型的电流镜（Current Mirror），如威尔逊电流镜（Wilson Current Mirror）、镜像电流镜（Cascode Current Mirror），以及它们的精度和输出阻抗特性。设计各种偏置电路，以提供稳定、准确的直流工作点。 滤波器设计：介绍低通、高通、带通和带阻滤波器，包括巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、贝塞尔（Bessel）等逼近类型。讲解有源滤波器和无源滤波器在集成电路中的实现方式。 第三部分：数字集成电路设计 本部分聚焦于数字信号的处理和逻辑实现，是现代信息处理系统的核心。 第五章：数字逻辑基础与CMOS工艺 CMOS器件与逻辑门：详细介绍CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的基本原理，包括PMOS和NMOS晶体管的工作特性。推导CMOS反相器（Inverter）的传递特性、延迟时间和功耗。分析CMOS基本逻辑门（与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门）的设计与性能。 时序逻辑电路：讲解基本触发器（Flip-flop）如D触发器、JK触发器、T触发器及其在时序逻辑电路中的应用。介绍锁存器（Latch）和寄存器（Register）的设计。 组合逻辑电路：讲解逻辑函数的化简方法（卡诺图、Quine-McCluskey算法），以及如何将其转化为逻辑门网络。 第六章：时序分析与低功耗设计 时序分析：深入讲解建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）的概念，以及它们如何影响时序逻辑电路的可靠性。分析时钟偏斜（Clock Skew）和时钟抖动（Clock Jitter）的影响。介绍时序约束（Timing Constraints）和静态时序分析（STA）方法。 低功耗设计技术：探讨集成电路中的功耗来源（动态功耗、静态功耗）。介绍多种低功耗设计策略，包括时钟门控（Clock Gating）、功率门控（Power Gating）、多电压域（Multi-Voltage Domains）、动态电压和频率调整（DVFS）等。 第七章：可综合硬件描述语言（HDL） Verilog/VHDL入门：介绍Verilog和VHDL两种主流的硬件描述语言的基本语法和数据类型。讲解如何使用HDL进行模块化设计，描述组合逻辑和时序逻辑。 行为级和寄存器传输级（RTL）建模：演示如何使用HDL进行行为级建模，以及如何将行为描述转化为RTL级描述，这是综合工具能够理解和处理的层次。 设计验证：强调验证在数字IC设计流程中的重要性。介绍激励生成器（Testbench）的设计，以及各种验证方法（功能验证、等效性验证）。 第四部分：系统级集成与应用 本部分将视角提升到系统层面，探讨如何将不同功能模块集成到单一芯片上，以及现代集成电路在各个领域的应用。 第八章：系统级芯片（SoC）设计 SoC架构：介绍SoC的基本组成部分，包括处理器核心、专用硬件加速器、内存控制器、输入/输出接口以及片上总线（如AMBA AXI）。 IP核（Intellectual Property Core）：讲解IP核的概念，包括IP核的类型（功能IP、可重用IP、物理IP），以及IP核的集成流程。 互连总线与片上网络（NoC）：详细介绍片上互连技术，如AHB, AXI总线。深入探讨片上网络（Network-on-Chip, NoC）的设计理念、拓扑结构、路由算法和流量控制机制，及其在多核处理器和复杂SoC中的优势。 第九章：高级集成电路设计方法 先进工艺节点挑战：分析随着工艺节点不断缩小（如7nm, 5nm, 3nm），设计者面临的挑战，包括量子效应、栅极漏电、互连电阻和电容的增加、制造变异性等。 版图设计与物理验证：介绍版图（Layout）的重要性，以及版图设计规则（DRC）、提取（Extraction）、逻辑等效性检查（LVS）等物理验证流程。 电路仿真与时序收敛：讨论电路仿真（Spectre, HSPICE）在模拟和混合信号设计中的作用。讲解如何通过各种优化手段（如门控、时钟树综合CTS）来实现时序收敛。 第十章：集成电路产业前沿与未来趋势 人工智能（AI）与机器学习（ML）在IC设计中的应用：探讨AI/ML技术如何应用于电路设计自动化（EDA）、功耗优化、性能预测和故障诊断。 异构计算与3D集成：分析异构计算（Heterogeneous Computing）的理念，即将不同类型的处理器（CPU, GPU, DSP, AI加速器）集成到同一系统中。深入介绍3D集成技术（如Chiplet, 3D Stacking），及其在提升性能、降低功耗和减小封装尺寸方面的潜力。 物联网（IoT）与边缘计算：探讨低功耗、高性能IC在物联网设备中的关键作用，以及边缘计算对IC设计提出的新需求。 新兴半导体技术：展望未来可能影响IC设计格局的新兴技术，如忆阻器（Memristor）、量子计算芯片等。 结论 《现代集成电路设计原理与实践》力求成为一本全面、深入、实用的参考书。通过本书的学习，读者将能够掌握集成电路设计的核心理论，熟悉主流的设计工具和流程，并对行业发展的未来趋势有清晰的认识。我们相信，本书将为有志于投身集成电路设计领域的专业人士提供宝贵的知识财富和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书的过程中，我时不时会停下来，思考当前半导体行业面临的瓶颈。这本书提供的视角非常独特，它没有沉迷于摩尔定律的延续，而是将重点放在了如何通过新的维度——垂直维度——来突破现有限制。书中关于存储器和逻辑单元的3D堆叠方案，展示了极高的空间利用率和极短的通信路径，这对于提升AI加速器等对带宽要求极高的应用性能至关重要。更让我印象深刻的是，它对新兴材料和工艺的介绍，比如一些非硅基材料在异质集成中的应用潜力，以及柔性电子技术在可穿戴设备中的集成展望。虽然这些内容相对超前，但作者的处理方式非常平衡，既介绍了其原理，也客观分析了目前面临的工艺成熟度和成本障碍，让人在保持乐观的同时，也能保持清醒的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本新出的关于立体集成电路的书籍，内容之丰富实在让人惊叹。我本来以为它会更多地停留在理论层面，毕竟这个领域的新技术日新月异，很多教材往往跟不上趟。然而，这本书在介绍基础原理的同时，却花了大量的篇幅去剖析当前最前沿的制造工艺和实际应用案例。特别是对于那些深层互联（interconnect）和热管理（thermal management）的挑战，作者们没有回避那些硬骨头，而是用清晰的图表和深入的分析，把复杂的物理现象解释得透彻明白。我特别欣赏它在讲解各种先进封装技术时所采用的对比分析方法，比如倒装芯片（flip-chip）与混合键合（hybrid bonding）的优劣势，这对于我们这些需要做技术选型的人来说，简直是及时雨。它不仅仅是知识的罗列，更像是一份实战指南，让你在面对具体设计问题时，知道该从哪个角度切入，并且能预见到潜在的瓶颈所在。读完前几章，我就感觉对整个3D集成电路生态系统的理解提升了一个档次，它成功地架起了学术研究与工业实践之间的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它对“系统级思维”的强调，这在当前高度模块化的电子设计领域尤为重要。作者们没有仅仅关注单个芯片的设计细节，而是将视野扩展到了整个异构集成系统。他们深入探讨了不同技术节点芯片之间的协同工作机制，以及如何通过先进的封装技术实现性能的协同优化。书中关于“Chiplet”架构的讨论，简直是精彩绝伦，它不仅梳理了现有的一些标准和协议，还对未来可能的互连架构进行了前瞻性的预测。我尤其喜欢它在讨论功耗和信号完整性时那种严谨的态度，面对高速信号传输带来的串扰和电磁兼容性问题，书中提供的仿真和优化策略非常具有参考价值，不是那种空泛的建议，而是有具体数学模型支撑的指导。对于想要从传统2D设计思维转向3D集成设计的设计师来说，这本书提供了必要的思维范式转变的工具箱。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这是一本具有里程碑意义的著作。它的深度和广度都达到了一个新的高度。我特别欣赏作者们在处理跨学科问题时的游刃有余，从材料科学到电路设计，再到系统热管理，每一个领域都被触及并给出了深入的见解。对于那些希望在这个快速迭代的技术领域保持领先地位的研发人员来说，这本书是不可或缺的参考资料。它不仅记录了当前3D集成的最佳实践，更重要的是，它提供了一个强大的分析框架，帮助读者理解未来技术演进的驱动力。阅读体验非常顺畅，即使面对复杂的物理模型，作者也能通过精妙的类比和图解，将抽象的概念具体化，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。我强烈推荐给所有从事前沿半导体封装和系统集成工作的专业人士。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常专业，但又不失条理清晰的教学特性，很适合作为研究生课程的教材或资深工程师的进修资料。它的章节组织逻辑性极强，从基础的晶圆键合技术讲起，逐步深入到更复杂的电路设计与验证流程。我注意到书中对“良率分析”（yield analysis）的重视程度很高，这通常是教科书容易忽略但对实际量产至关重要的环节。书中对于不同键合界面缺陷如何影响器件性能的讨论非常细致，甚至涉及到了统计学上的可靠性评估方法。这表明作者团队具备深厚的工程实践背景，他们深知，再完美的设计，如果无法以可接受的成本稳定制造出来，都是空谈。这种对工程现实的深刻洞察力，使得这本书的价值远超一般理论综述，它更像是一本“如何做对、如何做好”的实操手册。