半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)0.5D之路仍遙遠(yuǎn)

近期看到FPGA大廠陸續(xù)推出3D系統(tǒng)晶片，令人想起幾前年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始積極推展的3D晶片，似乎經(jīng)過幾年的醞釀，目前開始看到該技術(shù)的開花結(jié)果。只不過，Altera臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理陳英仁指出，這些其實(shí)都是屬于2.5D的制程，不是真正3D的技術(shù)范疇。3D制程的技術(shù)含量更深，目前仍是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

3D晶片要真正商用化，現(xiàn)在仍太早

陳英仁說，目前FPGA大廠所標(biāo)榜的3D晶片，其實(shí)都只是2.5D制程技術(shù)，并非真正的3D晶片。目前2.5D技術(shù)逐漸成熟，產(chǎn)品也陸續(xù)推出市場(chǎng)。然而，從2.5D到3D，這看似短短一步可及的距離，事實(shí)上其技術(shù)難度卻有如天與地一般遙遠(yuǎn)。

2.5D晶片的采用，其實(shí)正是3D真正商用化之前的一種替代方案。2.5D晶片其實(shí)就是將主動(dòng)元件放在被動(dòng)的矽中介層上。矽中介層能平行連接數(shù)個(gè)矽切片，透過和PCB上不同的IC金屬互連方式，這些矽片能經(jīng)由該中介層的金屬互連來連接。

3D晶片經(jīng)過幾年的發(fā)展，盡管已經(jīng)克服許多困難，但3D晶片要真正商用化，坦白說現(xiàn)在仍太早。3D晶片等同于整體晶片設(shè)計(jì)的革命性突破，這包括從基礎(chǔ)IC設(shè)計(jì)、晶片封裝到散熱機(jī)構(gòu)等細(xì)節(jié)。

3D晶片最大的挑戰(zhàn)，最先面臨的就是晶片的連接方式。目前最可行的TSV，是在數(shù)個(gè)垂直堆疊的晶片上穿孔來連接晶片，但技術(shù)尚未成熟，成本也高，良率相對(duì)偏低。其次是散熱。當(dāng)多個(gè)主動(dòng)式晶片堆疊在一起時(shí)，每個(gè)晶片運(yùn)作所散發(fā)的熱要如何排出就是個(gè)大問題。特別是當(dāng)晶片堆疊??在一起時(shí)，中間部份幾乎無法散熱。曾有工程師提出3D晶片中，透過風(fēng)孔排熱的構(gòu)想，但難以實(shí)現(xiàn)。散熱問題不解決，3D晶片便很難跨出下一步。

此外，TSV的穿孔，也會(huì)在晶片發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生大問題。晶片遇熱膨脹后，應(yīng)力會(huì)影響周邊的電晶體性能，這是TSV發(fā)展過程中最難解決的部分。專家認(rèn)為，3D晶片要走到成熟的階段，估計(jì)還要至少3年以上?？磥恚@短短0.5D的路，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還得走上很久。