3D IC概述

什么是3D IC

3D IC（三維集成電路）是一種通過垂直堆疊多個芯片層實現(xiàn)更高集成度的半導體技術。與傳統(tǒng)二維平面芯片不同，它突破了平面布局的物理限制，將不同功能的芯片（如邏輯、存儲、傳感器等）通過垂直互聯(lián)技術（如TSV硅通孔）層疊封裝，形成立體結構的集成電路。

3D IC的優(yōu)勢? ?

體積更?。涸诖怪狈较蚨询B芯片，突破二維平面限制，大幅減少封裝體積，適用于對尺寸敏感的設備（如手機、可穿戴設備）。

多功能融合：將邏輯芯片（如CPU/GPU）、存儲芯片（如DRAM/Flash）、傳感器等異質芯片整合在同一封裝內，實現(xiàn)更復雜的系統(tǒng)級功能。信號傳輸更快：芯片層間通過短距離垂直互聯(lián)（如TSV硅通孔），減少信號延遲，提升數(shù)據(jù)吞吐量（如高帶寬內存HBM）。

功耗降低：縮短傳輸路徑減少能量損耗，適合對續(xù)航要求高的移動設備或高性能計算場景。? ??異質集成：不同工藝節(jié)點的芯片（如邏輯層用5nm、存儲層用28nm）可獨立優(yōu)化，平衡性能與成本。

模塊化擴展：通過堆疊不同功能芯片，快速迭代產(chǎn)品，適應多樣化需求（如AI加速器的專用芯片堆疊）。

垂直散熱路徑：利用芯片層間的導熱材料（如金屬層），將熱量分散導出，避免局部過熱，提升可靠性。

減少封裝成本：替代多芯片封裝（MCP）或系統(tǒng)級封裝（SiP），降低外部接口與組裝成本。

規(guī)?；б妫和ㄟ^堆疊減少芯片數(shù)量，降低整體物料成本。減少外部連接：內部垂直互聯(lián)替代傳統(tǒng)引線鍵合，降低機械應力與故障風險，適用于汽車、航空等高可靠性領域。

3D IC的核心組件

3D IC的核心組件是實現(xiàn)其垂直堆疊架構和高性能的關鍵，主要包括硅襯底（Silicon Substrate）、硅通孔（TSV，Through-Silicon Vias）、微凸點（Micro-Bumps）、芯片層（Die Layers）、鍵合技術（Bonding Technology）、散熱結構、中介層（Interposer）。

硅襯底是基礎支撐結構，承載所有芯片層和互聯(lián)組件，需具備高平整度和機械強度，確保堆疊時的穩(wěn)定性。

硅通孔垂直貫穿硅襯底的金屬填充孔，實現(xiàn)芯片層間的電信號傳輸；直徑僅數(shù)微米，需高精度制造；要填充金屬（如銅）以降低電阻和信號延遲；還需解決熱膨脹系數(shù)差異導致的應力問題。

微凸點作為層間機械與電氣連接的接口，替代傳統(tǒng)引線鍵合；間距小至數(shù)微米，密度高；材料通常為焊料（如錫鉛合金）或金屬柱（如銅凸點）。

芯片層是堆疊的核心功能單元，包括邏輯芯片、存儲芯片、傳感器等；不同工藝節(jié)點的芯片（如5nm邏輯層+28nm存儲層）獨立優(yōu)化；堆疊實現(xiàn)功能擴展（如AI芯片疊加專用加速模塊）。

鍵合技術確保芯片層間的物理連接與對齊，保活直接鍵合和混合鍵合。直接鍵合：如芯片-芯片鍵合（Face-to-Face），需原子級平整表面。混合鍵合：結合微凸點與直接鍵合，提高連接密度和可靠性。

散熱結構是為了解決高密度堆疊帶來的散熱問題，常用的散熱結構包括金屬導熱層和微通道散熱技術。金屬導熱層（如銅層）可以快速導出熱量；微通道散熱技術（如液體冷卻）可以用于極端場景。

中介層在2.5D封裝中作為轉接層，連接不同芯片。

3D IC設計系統(tǒng)

Cadence Integrity 3D-IC 平臺是大容量、統(tǒng)一的設計和分析平臺，用于設計多個芯片。該平臺建立在 Cadence 領先的數(shù)字實現(xiàn)解決方案——Innovus Implementation System 的基礎上，允許系統(tǒng)級設計者為各種封裝方式（2.5D 或 3D）規(guī)劃、實現(xiàn)和分析任何類型的堆疊芯片系統(tǒng)。Integrity 3D-IC 是業(yè)界首個集成的系統(tǒng)和 SoC 級解決方案，能夠與 Cadence 的 Virtuoso 和 Allegro 模擬與封裝實現(xiàn)環(huán)境進行系統(tǒng)分析，包括協(xié)同設計。

3D IC Compiler基于新思科技的Fusion Design Platform、引擎和數(shù)據(jù)模型，在單一用戶環(huán)境下提供一個綜合性的端到端解決方案，具有針對先進多裸晶芯片系統(tǒng)設計的全套功能提供強大的三維視圖功能，為2.5D/3D封裝可視化提供直觀的環(huán)境。