一文看懂TSV技术

感知芯视界 2023-07-24 18:04

                                               


从HBM存储器到3D NAND芯片,再到CoWoS,硬件市场上有许多芯片是用英文称为TSV构建的,TSV是首字母缩写,意为“通过硅通孔”并翻译为via硅的事实,它们垂直地穿过的芯片和允许在它们之间垂直互通。在本文中,我们将告诉您它们是什么,它们如何工作以及它们的用途。



编辑:感知芯视界

源:半导体风向标


在2000年的第一个月,Santa Clara University的Sergey Savastiou教授在Solid State Technology期刊上发表了一篇名叫《Moore’s Law – the Z dimension》的文章。这篇文章最后一章的标题是Through-Silicon Vias,这是 Through-Silicon Via 这个名词首次在世界上亮相。这篇文章发表的时间点似乎也预示着在新的千禧年里,TSV注定将迎来它不凡的表演。


TSV,是英文Through-Silicon Via的缩写,即是穿过硅基板的垂直电互连。


如果说Wire bonding(引线键合)和Flip-Chip(倒装焊)的Bumping(凸点)提供了芯片对外部的电互连,RDL(再布线)提供了芯片内部水平方向的电互连,那么TSV则提供了硅片内部垂直方向的电互连。作为唯一的垂直电互连技术,TSV是半导体先进封装最核心的技术之一。


90年代中期,半导体行业发生一件大事:IBM用铜电镀大马士革工艺全面替代的溅射铝作为集成电路中晶体管互连。这样电镀铜在半导体行业便开始成为标准工艺,这让电镀铜用于TSV的微孔金属化填充更加顺理成章。

至此, 现代TSV的两项核心技术:深硅刻蚀和电镀都出现了。


TSV不仅赋予了芯片纵向维度的集成能力,而且它具有最短的电传输路径以及优异的抗干扰性能。随着摩尔定律慢慢走到尽头,半导体器件的微型化也越来越依赖于集成TSV的先进封装。


TSV对于像CMOS Image Sensor(CIS,CMOS图像传感器),High Bandwidth Memory(HBM)以及Silicon interposer(硅转接板)都极其重要。因为存在感光面的缘故,CIS芯片的电信号必须从背部引出,TSV因此成为其必不可少的电互连结构。HBM是基于多层堆叠的存储芯片,如今HBM已经可以实现12层的堆叠,16层以上更多层的堆叠相信在不久的将来也会实现,当然这一切都离不开TSV的互连。


而Silicon interposer可以将多种芯片,像CPU, memory, ASIC等集成到一个封装模块的关键组件,它的垂直互连同样需要TSV。事实上,法国的Yole development咨询公司曾做过一项研究发现TSV几乎可以应用于任何芯片的封装以及任何类型的先进封装,包括LED, MEMS等。



正是因为TSV的重要性,各大Foundry和OSTA公司也不断投入TSV技术的研发。这阶段的研发重点是如何保证电镀沉积主要发生在TSV孔内而不是硅片表面。如果不采取任何措施,电镀时硅表面金属沉积的速度会远快于TSV孔内。这个问题目前的解决方法是在电镀液中添加抑制剂和加速剂,分别抑制硅片表面的金属沉积并加速TSV孔内的沉积。为了获得完美的填充效果和足够高的良率,各大Foundry和OSTA公司都做了大量研究以获得最佳的电镀的参数,例如电流,温度,硅片的与电极的相对位置,添加剂的浓度等。各大半导体设备公司也开始针对TSV的电镀推出专用的半导体设备。



在硬件世界中,经常用与速度有关的术语来谈论它,即是否是内存的带宽,处理器的时钟周期,处理器每秒执行某种类型的计算的次数等等,但是我们很少问自己这些芯片如何相互通信以及这是否重要。


在本文中,我们将讨论一种称为TSV的技术,该技术可用于相互通信的芯片。


01
什么是硅或TSV通路?


如果我们看大多数主板,可以看到两件事:第一,芯片之间的大多数连接都是水平的,这意味着板上发送芯片间信号的路径是水平通信的。


PCB


然后是CPU的情况,这些CPU放置在我们称为插座的插入器的顶部,并且处理器在这些插入器上垂直连接。


SocketCPU


但是通常,在99%的时间中,我们观察到通常没有相互垂直连接的芯片,尽管事实上芯片和处理器的设计朝着这个方向发展,并且市场上已经有这种类型的示例。但是,如何使两个或更多芯片垂直互连?


TSV


好吧,正是通过所谓的硅通道来完成的,硅通道垂直穿过组成堆栈的同一芯片的不同芯片或不同层,这就是为什么它们被称为“通过”硅通道,因为它们实际上是通过的。


02
使用TSV的应用和优势


TSV的应用之一是,它允许将由不同部分组成的复杂处理器分离在几个不同的芯片上,并具有以下附加优点:垂直连接允许更多数量的连接,这有助于实现更大的带宽,而无需额外的带宽。很高的时钟频率会增加数据传输期间的功耗。


例如,在将来,我们将看到CPU和GPU的最后一级缓存将不在芯片上,它们具有相同的带宽,但存储容量却是原来的几倍,这将大大提高性能。我们也有使用FSV来通信Lakefield SoC的两个部分的Intel Foveros示例,即带有系统I / O所在的基本芯片的计算芯片。


LakefieldFoveros


将处理器划分为不同部分的原因是,随着芯片的变大,电路中错误的可能性越来越大,因此没有故障的优质芯片的数量会增加。他们可以使用的更少,而那些做得好的人必须支付失败者的费用;这意味着从理论上减小芯片的尺寸会降低总体成本,尽管稍后我们将看到情况并非完全如此。


HBM-vs-GDDR


第二个应用程序与占用的空间有关;能够垂直堆叠多个芯片的事实大大减少了它们占用的面积,因为它们不会散布在板上,其中最著名的示例是将HBM内存用作某些图形处理器的VRAM,但是我们还有其他示例,例如三星的V-NAND存储器,将多个NAND闪存芯片彼此堆叠。


3DNAND


其他鲜为人知的选择是逻辑和内存的组合,其中内存位于处理器的顶部,最著名的示例是宽I / O内存,这是几年前出现在智能手机中的一种内存,包括SoC顶部的存储器通过硅互连。


2022年3月9号,苹果公司推出的M1 ULTRA处理器,这款性能爆表的处理器中,多个CPU使用带TSV的Silicon interposer进行集成的。如今,无论是AI/AR/VR中用到的传感器,图像传感器,堆叠存储芯片以及高性能处理器,都越来越离不开TSV。


TSV, 这项并不为人熟知的技术,正在硬件的底层深深的影响着人类的生产生活方式。


半个多世纪前的那个秋天,肖特基那个在硅片上打孔的想法最终将人类带入了人工智能的时代。

感知芯视界媒体推广/文章发布 马女士 15900834562(微信同号)

*免责声明:本文版权归原作者所有,本文所用图片、文字如涉及作品版权,请第一时间联系我们删除。本平台旨在提供行业资讯,仅代表作者观点,不代表感知芯视界立场。






免费下载


半导体设备精选报告整理全了【41份】

最全第三代半导体产业报告大合集【57份】

激光雷达最全前沿报告集【20份】

物联网最新报告大全【704页PDF】

新材料产业七大方向全面梳理【153页PDF】

150+份传感器及产业报告【限时领】

汽车传感器超130份资源报告最全整理

揭秘半导体硅片报告大合集【20份】

MEMS传感器产业发展与趋势【附报告】

评论 (0)
  • 前言在快速迭代的科技浪潮中,汽车电子技术的飞速发展不仅重塑了行业的面貌,也对测试工具提出了更高的挑战与要求。作为汽车电子测试领域的先锋,TPT软件始终致力于为用户提供高效、精准、可靠的测试解决方案。新思科技出品的TPT软件迎来了又一次重大更新,最新版本TPT 2024.12将进一步满足汽车行业日益增长的测试需求,推动汽车电子技术的持续革新。基于当前汽车客户的实际需求与痛点,结合最新的技术趋势,对TPT软件进行了全面的优化与升级。从模型故障注入测试到服务器函数替代C代码函数,从更准确的需求链接到P
    北汇信息 2025-03-13 14:43 115浏览
  • DeepSeek自成立之初就散发着大胆创新的气息。明明核心开发团队只有一百多人,却能以惊人的效率实现许多大厂望尘莫及的技术成果,原因不仅在于资金或硬件,而是在于扁平架构携手塑造的蜂窝创新生态。创办人梁文锋多次强调,与其与大厂竞争一时的人才风潮,不如全力培养自家的优质员工,形成不可替代的内部生态。正因这样,他对DeepSeek内部人才体系有着一套别具一格的见解。他十分重视中式教育价值,因而DeepSeek团队几乎清一色都是中国式学霸。许多人来自北大清华,或者在各种数据比赛中多次获奖,可谓百里挑一。
    优思学院 2025-03-13 12:15 121浏览
  • 曾经听过一个“隐形经理”的故事:有家公司,新人进来后,会惊讶地发现老板几乎从不在办公室。可大家依旧各司其职,还能在关键时刻自发协作,把项目完成得滴水不漏。新员工起初以为老板是“放羊式”管理,结果去茶水间和老员工聊过才发现,这位看似“隐形”的管理者其实“无处不在”,他提前铺好了企业文化、制度和激励机制,让一切运行自如。我的观点很简单:管理者的最高境界就是——“无为而治”。也就是说,你的存在感不需要每天都凸显,但你的思路、愿景、机制早已渗透到组织血液里。为什么呢?因为真正高明的管理,不在于事必躬亲,
    优思学院 2025-03-12 18:24 108浏览
  • 在海洋监测领域,基于无人艇能够实现高效、实时、自动化的海洋数据采集,从而为海洋环境保护、资源开发等提供有力支持。其中,无人艇的控制算法训练往往需要大量高质量的数据支持。然而,海洋数据采集也面临数据噪声和误差、数据融合与协同和复杂海洋环境适应等诸多挑战,制约着无人艇技术的发展。针对这些挑战,我们探索并推出一套基于多传感器融合的海洋数据采集系统,能够高效地采集和处理海洋环境中的多维度数据,为无人艇的自主航行和控制算法训练提供高质量的数据支持。一、方案架构无人艇要在复杂海上环境中实现自主导航,尤其是完
    康谋 2025-03-13 09:53 118浏览
  • 在追求更快、更稳的无线通信路上,传统射频架构深陷带宽-功耗-成本的“不可能三角”:带宽每翻倍,系统复杂度与功耗增幅远超线性增长。传统方案通过“分立式功放+多级变频链路+JESD204B 接口”的组合试图平衡性能与成本,却难以满足实时性严苛的超大规模 MIMO 通信等场景需求。在此背景下,AXW49 射频开发板以“直采+异构”重构射频范式:基于 AMD Zynq UltraScale+™ RFSoC Gen3XCZU49DR 芯片的 16 通道 14 位 2.5GSPS ADC 与 16
    ALINX 2025-03-13 09:27 85浏览
  • 各大Logo更新汇报 | NEW百佳泰为ISO/IEC17025实验室,特为您整理2025年3月各大Logo的最新规格信息。USB™▶ USB Type-C/PD 互操作性MacBook Pro 16英寸(Apple M4 Max 芯片,36GB 内存–1TB SSD–140W USB-C电源适配器)或 MacBook Pro 16英寸(M4 Pro芯片,24GB内存–512 TB SSD–140W USB-C电源适配器),这些型号支持USB4 80Gbps传输速度和 140W EPR功率。需尽
    百佳泰测试实验室 2025-03-13 18:20 121浏览
  • 现代旅游风气盛行,无论国内或国外旅游,导航装置无疑就是最佳的行动导游;在工作使用上也有部分职业(如:外送服务业)需要依靠导航系统的精准,才能将餐点准确无误的送至客户手上。因此手机导航已开始成为现代生活上不可或缺的手机应用之一。「它」是造成产品潜在风险的原因之一外送服务业利用手机导航,通常是使用手机支架固定在机车上,但行进间的机车其环境并不一定适用于安装手机,因行进间所产生的振动可能会影响部分的功能,进而导致受损。您是否曾在新闻报导中看过:有使用者回报在机车上使用手机架导航会造成相机无法开启?苹果
    百佳泰测试实验室 2025-03-13 18:17 124浏览
  • 文/杜杰编辑/cc孙聪颖‍主打影像功能的小米15 Ultra手机,成为2025开年的第一款旗舰机型。从发布节奏上来看,小米历代Ultra机型,几乎都选择在开年发布,远远早于其他厂商秋季主力机型的发布时间。这毫无疑问会掀起“Ultra旗舰大战”,今年影像手机将再次被卷上新高度。无意臆断小米是否有意“领跑”一场“军备竞赛”,但各种复杂的情绪难以掩盖。岁岁年年机不同,但将2-3年内记忆中那些关于旗舰机的发布会拼凑起来,会发现,包括小米在内,旗舰机的革新点,除了摄影参数的不同,似乎没什么明显变化。贵为旗
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:30 155浏览
  • 一、行业背景与用户需求随着健康消费升级,智能眼部按摩仪逐渐成为缓解眼疲劳、改善睡眠的热门产品。用户对这类设备的需求不再局限于基础按摩功能,而是追求更智能化、人性化的体验,例如:语音交互:实时反馈按摩模式、操作提示、安全提醒。环境感知:通过传感器检测佩戴状态、温度、压力等,提升安全性与舒适度。低功耗长续航:适应便携场景,延长设备使用时间。高性价比方案:在控制成本的同时实现功能多样化。针对这些需求,WTV380-8S语音芯片凭借其高性能、多传感器扩展能力及超高性价比,成为眼部按摩仪智能化升级的理想选
    广州唯创电子 2025-03-13 09:26 98浏览
  • 北京时间3月11日,国内领先的二手消费电子产品交易和服务平台万物新生(爱回收)集团(纽交所股票代码:RERE)发布2024财年第四季度和全年业绩报告。财报显示,2024年第四季度万物新生集团总收入48.5亿元,超出业绩指引,同比增长25.2%。单季non-GAAP经营利润1.3亿元(non-GAAP口径,即经调整口径,均不含员工股权激励费用、无形资产摊销及因收购产生的递延成本,下同),并汇报创历史新高的GAAP净利润7742万元,同比增长近27倍。总览全年,万物新生总收入同比增长25.9%达到1
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:23 116浏览
  • 一、行业背景与需求痛点智能电子指纹锁作为智能家居的核心入口,近年来市场规模持续增长,用户对产品的功能性、安全性和设计紧凑性提出更高要求:极致空间利用率:锁体内部PCB空间有限,需高度集成化设计。语音交互需求:操作引导(如指纹识别状态、低电量提醒)、安全告警(防撬、试错报警)等语音反馈。智能化扩展能力:集成传感器以增强安全性(如温度监测、防撬检测)和用户体验。成本与可靠性平衡:在复杂环境下确保低功耗、高稳定性,同时控制硬件成本。WTV380-P(QFN32)语音芯片凭借4mm×4mm超小封装、多传
    广州唯创电子 2025-03-13 09:24 112浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦