先進封裝中的TSV/硅通孔技術(shù)介紹

Hello,大家好，今天我們來分享下什么是先進封裝中的TSV/硅通孔技術(shù)。

TSV：Through Silicon Via， 硅通孔技術(shù)。指的是在晶圓的硅部分形成一個垂直的通道，利用這個垂直的通道注入導電物質(zhì)，將相同類別芯片或不同類別的芯片進行互連，達到芯片級集成的先進封裝技術(shù)。

TSV技術(shù)中的這個通道中主要是通過銅等導電物質(zhì)的填充完成硅通孔的垂直電氣互連，減小信號延遲，降低電容、電感，實現(xiàn)芯片的低功耗、高速通信，增加帶寬和實現(xiàn)器件集成的小型化需求。

在TSV技術(shù)之前，芯片之間的連接方式基本都是水平的，TSV的技術(shù)讓多個芯片可以進行垂直連接，又叫堆疊。Wire bonding（引線鍵合）和Flip-Chip（倒裝焊）的Bumping（凸點）提供了芯片對外部的電互連，通過TSV和RDL(再布線)則提供了芯片內(nèi)部的垂直和水平方向的電互連。

TSV根據(jù)應(yīng)用的構(gòu)造，大致可分為3種：

(a) 垂直的背面連接，無芯片堆疊。TSV位于有源晶粒（active die）中，用于連接至晶圓背面的焊盤（bond pad）；

主要特點:技術(shù)難度低，適合大規(guī)模投入生產(chǎn)應(yīng)用，例如應(yīng)用TSV的CMOS圖像傳感器（CIS）、SiGe功率放大器等。

應(yīng)用TSV的CMOS圖像傳感器的好處是

1）使用TSV代替引線鍵合可以減小圖像傳感器的尺寸。

2）簡化了圖像傳感器的晶圓級封裝（WLP）。WLP工藝的第一步是將玻璃晶圓附著到圖像傳感器的正面，防止光刻膠(抗蝕劑)微透鏡在組裝過程中受到損壞和污染，然而安裝好玻璃晶圓后會使從晶圓正面到焊盤的連接途徑受阻，TSV通過簡化晶圓級封裝，對此問題提供了簡易的解決方法。

(b) 2.5D 封裝。晶粒（die）連接至硅中介層（interposer），TSV在中介層中；

主要特點:技術(shù)難度中，與垂直的背面連接相比，2.5D 先進封裝的硅中介層需要更小的 TSV 間距（≤50 μm），因此需要更先進的TSV工藝。

現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）器件是最早使用硅中介層的產(chǎn)品之一：硅中間層可以使芯片間密切連接，整合后的結(jié)構(gòu)看起來像單個大尺寸的FPGA芯片，解決了早期直接構(gòu)建單個大尺寸FPGA芯片的技術(shù)難題。

(c) 3D 封裝。TSV位于有源晶粒中，用于實現(xiàn)芯片堆疊。

主要特點:技術(shù)難度高，存儲器堆疊是首批應(yīng)用3D堆疊TSV結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品之一，和2.5D封裝中硅中階層對TSV間距的需求相似，但實際應(yīng)用中難度更高，例如對DRAM設(shè)備的寬I/O要求。使用寬 I/O的DRAM 和芯片堆疊的優(yōu)勢包括封裝高度降低40%，功耗降低50%，帶寬增加6倍。