硅通孔与三维集成电路 朱樟明,杨银堂 科学出版社有限责任公司 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱樟明，杨银堂 著

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店铺： 河北省新华书店图书专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030471642

商品编码：29738804416

包装：平装

出版时间：2017-12-01

基本信息

书名：硅通孔与三维集成电路

定价：68.00元

作者：朱樟明,杨银堂

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2017-12-01

ISBN：9787030471642

字数：

页码：244

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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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等国外期刊上发表，可以直接供读者参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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探索微观世界的精密脉络——硅通孔技术与三维集成电路的前沿图景 在日新月异的电子科技领域，每一次飞跃都离不开基础材料和制造工艺的突破。而“硅通孔”（Through-Silicon Via, TSV）技术，作为实现集成电路三维（3D）堆叠的关键所在，正以前所未有的姿态，引领着半导体产业走向更高性能、更小体积、更低功耗的新时代。本书旨在深入剖析硅通孔技术的核心原理、制造工艺、应用挑战以及其与三维集成电路（3D IC）协同发展的广阔前景，为相关领域的研究者、工程师、学生以及对前沿科技充满好奇的读者，提供一份全面而深入的学术探索。 第一章：硅通孔技术——微观世界的精密桥梁 本章将从硅通孔技术的起源和发展历程入手，阐述其产生的背景及其在提升芯片性能方面的核心优势。我们将详细介绍硅通孔的定义、基本结构和工作原理，解释其如何通过垂直连接不同层级的芯片，打破传统二维平面布局的限制。 1.1 硅通孔的诞生与演进： 回溯集成电路技术从二维向三维演进的宏观图景，追溯TSV技术从概念提出到逐步成熟的关键节点。分析传统封装技术面临的瓶颈，以及TSV技术作为突破性解决方案的出现。 1.2 TSV的基本原理与优势： 深入剖析TSV的电气连接机理，讲解其如何实现信号、电源和地线的垂直传输。重点阐述TSV在缩短互连长度、降低寄生效应、提升信号完整性、增加集成密度、实现异质集成以及降低功耗等方面的显著优势。 1.3 TSV的结构类型： 介绍不同类型的TSV结构，包括全穿透硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）和部分穿透硅通孔（Via-Middle, Via-Last, Via-First）等。分析各种结构的特点、制造难点和适用场景。 1.4 TSV的关键技术指标： 讨论TSV的直径、深度、纵横比、电阻、电容、绝缘性能等关键技术参数，以及这些参数对芯片性能和可靠性的影响。 第二章：硅通孔的制造工艺——精雕细琢的微纳技术 硅通孔的制造是整个TSV技术链条中最具挑战性的环节之一。本章将系统介绍目前主流的TSV制造工艺流程，从通孔的形成到金属填充，再到绝缘层的构建，每一个环节都蕴含着精密的微纳加工技术。 2.1 通孔的形成技术： 详细介绍硅通孔的形成方法，包括深硅刻蚀（Deep Silicon Etching, DSE）技术（如Bosch工艺）和激光钻孔等。分析不同刻蚀方法的优缺点、工艺参数控制以及对通孔形貌的影响。 2.2 通孔的绝缘层构建： 讲解如何为硅通孔内壁形成有效的绝缘层，以防止漏电和短路。重点介绍氧化、氮化、介质膜沉积等工艺，以及介质层的厚度、均匀性和可靠性要求。 2.3 通孔的金属填充： 阐述将金属填充至通孔内部的技术，包括电镀铜（Electroplating Copper）和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）等。讨论金属填充过程中的关键问题，如空洞（voids）的产生、金属层的均匀性以及与绝缘层的界面附着力。 2.4 TSV的后处理与可靠性： 介绍TSV制造过程中的后处理步骤，如平坦化、清洗等，以及影响TSV可靠性的因素，如热应力、机械应力、化学腐蚀等，并探讨相关的可靠性测试和改进方法。 2.5 新型TSV制造技术探索： 展望未来TSV制造技术的发展方向，如超高纵横比TSV、无衬底TSV、低成本TSV等。 第三章：三维集成电路——集成技术的未来方向 硅通孔技术的发展，为实现真正意义上的三维集成电路提供了坚实的基础。本章将深入探讨三维集成电路的架构、设计挑战、互连方式以及其所带来的革命性变革。 3.1 三维集成电路的定义与分类： 明确三维集成电路的概念，并根据堆叠方式、芯片类型等进行分类，如3D NAND、3D DRAM、3D SoC等。 3.2 3D IC的设计挑战： 分析3D IC设计过程中面临的独特挑战，包括热管理、电源分配、信号完整性、设计自动化工具（EDA）支持、良率提升等。 3.3 TSV在3D IC中的应用模式： 详细阐述TSV在不同3D IC堆叠模式中的作用，例如： 2.5D封装（Interposer-based 3D Integration）： TSV在硅中介层（silicon interposer）上的应用，实现多颗芯片的垂直连接。 2D/3D混合堆叠（Hybrid 3D Integration）： 将不同的芯片层级通过TSV垂直堆叠，例如将逻辑芯片与存储芯片堆叠。 全3D集成（True 3D Integration）： 将多层功能芯片完全垂直堆叠，实现极高的集成密度。 3.4 3D IC的性能优势与应用前景： 深入分析3D IC相比于传统2D IC在性能、功耗、体积等方面的显著提升，并展望其在高性能计算、人工智能、移动通信、物联网、医疗电子等领域的广泛应用前景。 第四章：硅通孔与三维集成电路的协同发展——机遇与挑战 本章将聚焦于硅通孔技术与三维集成电路之间的紧密联系，分析两者协同发展所带来的巨大机遇，以及当前面临的挑战和未来的发展趋势。 4.1 协同设计的考量： 探讨在3D IC设计过程中，如何充分发挥TSV的优势，优化芯片的堆叠方式和TSV的布局布线，以最大化提升整体性能。 4.2 热管理与散热： 详细分析3D IC堆叠带来的严峻热挑战，以及TSV在热量传导和散热设计中的作用。介绍相关的热管理技术和优化策略。 4.3 电源分配网络（PDN）的设计： 讨论在3D IC中构建高效、稳定的电源分配网络的重要性，以及TSV在低阻抗电源和地线互连中的应用。 4.4 互连可靠性与测试： 深入研究TSV互连的可靠性问题，包括应力、疲劳、腐蚀等，以及3D IC的测试方法和挑战。 4.5 异质集成（Heterogeneous Integration）： 阐述TSV在实现不同工艺、不同功能芯片（如CMOS、MEMS、光学器件等）的异质集成中的关键作用，以及其为构建复杂系统级芯片（SoC）带来的可能性。 4.6 成本与良率的权衡： 分析TSV技术和3D IC制造的高成本问题，以及提高良率、降低制造成本是实现大规模商业化应用的关键。 4.7 未来发展趋势： 展望TSV技术和3D IC的未来发展方向，例如更小的TSV尺寸、更高的集成度、更先进的封装技术、更智能化的EDA工具等。 第五章：案例分析与技术展望 本章将通过具体的案例分析，展示硅通孔技术在实际应用中的落地情况，并对该领域的未来发展进行展望，激发读者对该领域的深入思考。 5.1 典型3D IC产品案例分析： 选取若干具有代表性的3D IC产品（如高性能计算芯片、AI加速器、先进存储器等），分析其采用TSV技术的具体方案、设计亮点以及性能表现。 5.2 行业生态与标准： 介绍当前TSV技术和3D IC领域的行业参与者、标准组织以及未来的发展趋势，例如先进封装的演进、Chiplet（小芯片）生态的构建等。 5.3 未来的技术挑战与机遇： 总结TSV和3D IC领域在理论研究、工艺技术、材料科学、EDA工具等方面的现有挑战，并指出潜在的科研和产业机遇。 本书力求内容严谨，逻辑清晰，图文并茂，旨在为读者构建一个系统、深入的硅通孔与三维集成电路知识体系。通过对核心概念的解析、工艺流程的剖析、设计挑战的探讨以及未来趋势的展望，我们希望能够激发读者对这一前沿科技领域的兴趣，并为相关研究和产业发展贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的行文风格兼具了严谨的学术规范与难得的清晰流畅。许多涉及复杂物理过程的描述，如果换作其他作者，可能会变成一团晦涩难懂的公式堆砌，但在这里，作者似乎总能找到一个完美的类比或者一个恰到好处的辅助图示来引导读者的理解。例如，在解释“深宽比效应”对金属填充过程的影响时，我能清晰地“看到”那种流体动力学上的阻力变化是如何影响电镀沉积的均匀性的。语言的精准度非常高，没有出现任何模棱两可的描述，每一个术语的使用都精确到位，这在翻译成中文后依然保持了极高的专业水准，看得出译者或作者团队在术语标准化方面下了大功夫。这使得我在需要快速定位某个特定技术参数时，能够迅速在文字中捕捉到核心信息，极大地提高了学习效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计相当大气，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，配合着精致的烫金字体，立刻给人一种专业而厚重的学术书籍的感觉。我特别喜欢封面上那种将微观结构抽象化处理的图案，虽然是技术书籍，但视觉上却有着一种现代艺术的质感。拿到手里，能感觉到纸张的厚度很实在，这对于需要反复查阅和标记的理工科书籍来说至关重要，不用担心因为频繁翻动而导致纸张过早损坏。内页的排版也十分考究，图表和文字的布局疏密有致，大量的技术示意图和剖面图清晰地占据了版面，使得复杂的概念在视觉上得到了很好的拆解。这种注重细节的印刷和装帧，体现了出版社对内容严肃性的尊重，也为读者营造了一个非常适宜深度阅读和学习的环境，让人在翻阅的过程中就能感受到一种对知识的敬畏之情。总的来说，从拿到书的那一刻起，它就成功地建立了作为一本权威参考资料的初步印象。

评分☆☆☆☆☆

作为一个长期关注半导体器件物理的业余爱好者，我发现这本书在数据支持方面做得非常扎实。大量的实验数据图表并非简单地作为插图出现，而是与理论分析紧密耦合，互相印证。无论是通过扫描电子显微镜（SEM）得到的孔壁粗糙度数据，还是通过高频测试得到的寄生参数变化曲线，都为书中的论断提供了强有力的实证基础。这避免了纯粹理论推导可能带来的脱离实际的风险。每次读到某个关键性的工艺窗口描述时，我都会特意去寻找相关的实验结果图，这种理论与实践的完美结合，让我对所学知识的掌握更加牢固和踏实，让人确信书中所述的每一项技术细节都是经过反复验证的“硬通货”，而非空中楼阁般的理论构建。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值不仅在于它系统地梳理了硅通孔（TSV）技术从理论到实践的全过程，更在于它对“三维集成电路”这一宏大概念的架构性思考。它不仅仅是关于“打孔”和“连接”的技术手册，它更像是为整个异构集成领域设定了一个标准参照系。书中对于不同封装架构（如2.5D与3D堆叠）的优劣势分析，以及对可靠性挑战（如热应力、电迁移）的量化评估，展现了作者超越单一技术点的全局视野。我感觉自己仿佛在和一个经验极其丰富的首席科学家进行对话，他不仅知道如何制造，更深刻理解为何要这么制造，以及未来哪些方向可能会失败。这种深度和广度，使得这本书超越了教科书的范畴，更像是一份融合了工程经验、物理洞察和未来趋势的“路线图”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节组织逻辑严密得像一个精密的仪器内部结构，完全没有一般教材那种为了凑页数而设置的冗余内容。作者们显然在构建知识体系上花费了大量心血，从最基础的材料科学和电学原理开始，逐步深入到微孔的形成机理、金属化工艺的每一个关键步骤，最后才过渡到系统级的TSV集成挑战和热管理问题。这种层层递进的叙事方式，极大地降低了初学者接触这一前沿领域的门槛，但同时，对于资深工程师而言，其中对于特定工艺窗口的深入探讨和对良率瓶颈的剖析，又提供了足够的回味空间。尤其欣赏的是，在介绍新型介电材料和阻抗匹配策略时，作者们不仅罗列了现有技术方案，还巧妙地引入了未来可能的发展方向，使整本书的内容始终保持在行业的最前沿，而非仅仅是对历史成就的回顾。