热点技术讨论：3D设计中的挑战

伴随《Avatar》精彩预告片的曝光，3D欲将激起新一片技术追求的浪潮。3D技术也成为近来最热门的新一代IC设计技术话题之一。

芯片制造商正在探索将目前的电子组件堆栈成3D结构之可能性；专家对“真正”的3D封装之定义，是将不同的IC垂直重迭并以直通硅晶穿孔(through-silicon vias，TSV)技术来连结。该种方式旨在缩短芯片之间的导线、缩小组件尺寸并提高运作带宽。

到目前为止，芯片制造商采用TSV技术生产的3D组件十分有限，主要是CMOS影像传感器、MEMS以及某种程度上的功率放大器(PA)；多年来，IBM、Intel等厂商也试图利用TSV技术来堆栈微处理器、内存或其他IC。

以IBM为例，该公司已经用TSV技术生产出功率放大器，并发表了数个3D处理器研发成果，不过可能要等到2012年以后才能达到量产目标；至于另一家大厂Intel则还未找到3D芯片的“杀手级应用”。

实际上，芯片制造商也在3D堆栈技术领域遭遇到不少障碍；根据IBM工程师John Knickerbocker的说法，以TSV技术生产3D组件有五大挑战：

1. 缺少EDA设计工具辅助；“设计工具还有成长空间。”Knickerbocker指出。

2. 设计复杂度；目前产业界生产的3D组件其实用到相对数量较少TSV，而关键是如何在堆栈中用上更多的TSV？此外，要让复杂的3D设计散热也是一个挑战。

3. 封装与测试的整合；目前还不清楚未来采用TSV技术的3D芯片会是由IDM厂生产，或是与现有IC一样采用晶圆代工厂、IC封测厂分工的模式。但有件事很明显：“测试将会是所有人面临的挑战。”

4. 不同功能系统的组合；要将诸如RF、内存与微处理器等功能整合在同一颗组件中，是一个挑战。

5. 标准；包括SEMI、Sematech都对3D芯片有不同的规格标准，还有其他产业组织也有不同的发展方向。