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| 編輯推薦： |
深入剖析TSV制造工艺、电热设计、可靠性及前沿应用全链条。
打通从技术深挖到产业落地的关键路径，赋能三维集成芯片设计。
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| 內容簡介： |
本书系统地阐述了作为后摩尔时代关键突破技术的硅通孔（TSV）技术及其解决方案。面对传统平面微缩逼近物理极限与经济性崩塌的严峻挑战，TSV技术凭借其超高的互连密度、极低的信号延迟和卓越的功耗效率，成为重构芯片架构、实现性能跃升与成本优化的核心支柱。本书深入解析了TSV的三维集成需求、制造工艺链、关键设计挑战、可靠性分析与热管理等技术内容；然后紧密结合产业实践，详细解析了TSV技术在HBM、Chiplet异构集成、CIS、MEMS封装及LED等前沿领域的成功应用案例；同时，前瞻性地介绍了TSV技术的未来演进路径。本书最后的附录还提供了相关技术术语、关键工艺参数、生态图谱和技术路线等内容。
本书适合从事电子、微电子、半导体、三维集成电路设计的工程师、科研人员和技术管理人员阅读，也可以作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的补充阅读内容和参考书。
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| 關於作者： |
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李伟，男，英特尔（中国）有限公司DCAI部门SoC首席架构师，负责包括多款高性能芯片的架构和设计工作，主要基于Chiplet和先进封装技术来设计市场主流的芯片产品，对于当前最新的先进封装技术有丰富的项目经验。多年硅谷（Bay Area）工作经验，多项研发芯片量产并被三星、Sony采用，清华大学创新领军工程博士，中国计算机学会CCF集成电路设计专委会执行委员，清华大学创新领军工程博士AI专委会集成电路主任。
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| 目錄：
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目 录?▲?CONTENTS
前言
第1章 三维集成与硅通孔技术概论（基础）1
1.1 后摩尔时代的三维集成需求1
1.1.1 摩尔定律的物理极限及面临的经济性挑战催生TSV1
1.1.2 三维集成技术的定义分类与演进路线5
1.2 TSV技术导论11
1.2.1 TSV的功能定义与类型分类13
1.2.2 TSV的技术优势与应用场景23
1.2.3 TSV技术与三维先进封装的关系24
1.3 基于TSV的三维集成与行业生态27
1.3.1 基于TSV技术的双层三维集成方式27
1.3.2 基于TSV技术的多芯片三维集成方式29
1.3.3 应对TSV的三维集成设计挑战的关键发展方向31
1.3.4 基于TSV技术的行业生态与发展趋势34
第2章 TSV制造工艺（进阶）38
2.1 深硅刻蚀工艺39
2.1.1 激光打孔40
2.1.2 DRIE（Bosch工艺）42
2.2 绝缘层沉积47
2.2.1 氧化法48
2.2.2 等离子体增强化学气相沉积50
2.2.3 原子层沉积52
2.3 阻挡层与种子层制作56
2.3.1 PVD制作TSV阻挡层56
2.3.2 CVD制作TSV阻挡层58
2.3.3 ALD制作TSV阻挡层60
2.3.4 种子层制作62
2.4 铜填充与CMP64
2.4.1 铜填充工艺64
2.4.2 CMP工艺68
2.5 TSV背面处理技术70
2.5.1 晶圆临时键合与解键合技术71
2.5.2 晶圆减薄技术74
2.5.3 背面平整暴露75
2.5.4 背面通孔暴露76
第3章 TSV建模与仿真（专业）78
3.1 TSV电学参数78
3.1.1?TSV电学参数简化的原则78
3.1.2?TSV电学参数计算方法79
3.1.3?简化计算应用82
3.2 TSV参数化建模82
3.2.1 几何结构建模的重要性82
3.2.2?提高TSV几何结构建模83
3.2.3?几何结构建模示例84
3.3 单TSV等效电路模型85
3.3.1 等效电路模型的重要性86
3.3.2?单TSV等效电路模型应用86
3.4 多TSV等效电路模型87
3.4.1?多TSV建模87
3.4.2 多TSV电路模型应用89
3.5 TSV热应力建模分析90
3.5.1?热应力建模理论概述91
3.5.2?热应力建模分析应用93
第4章 TSV可靠性分析与热管理（专业）95
4.1 TSV可靠性的影响因素分析95
4.1.1 热机械应力96
4.1.2 电迁移98
4.1.3 工艺缺陷101
4.2 TSV可靠性设计技术103
4.2.1 TSV硬件冗余及故障容错策略104
4.2.2 TSV可测试性设计107
4.2.3 TSV可靠性测试标准113
4.3 TSV热管理技术115
4.3.1 电-热-机械应力耦合效应115
4.3.2 铜凸起抑制技术120
4.3.3 TSV散热技术123
第5章 TSV技术应用与系统集成案例（进阶）130
5.1 高端领域的集成案例130
5.1.1 高带宽存储器技术简介130
5.1.2 基于TSV的GPU集成案例133
5.1.3 基于TSV的CPU集成案例134
5.1.4 基于TSV的FPGA集成案例137
5.1.5 基于TSV的AI芯片集成案例138
5.1.6 基于TSV的自动驾驶集成案例140
5.2 CMOS图像传感器集成案例140
5.2.1 基于TSV的堆叠式结构技术简介140
5.2.2 基于TSV的索尼公司的CIS集成案例142
5.2.3 基于TSV的三星公司的CIS集成案例144
5.3 微机电系统与传感器集成案例144
5.3.1 基于TSV的MEMS集成案例145
5.3.2 基于TSV的RF BAW集成案例148
5.3.3 基于TSV的指纹传感器集成案例149
5.4 LED及其他应用场景的集成案例150
5.4.1 基于TSV的LED集成案例150
5.4.2 基于TSV的堆叠存储集成案例152
5.4.3 基于TSV的生物医疗集成案例152
第6章 TSV技术未来发展与挑战（前沿）156
6.1 新兴材料与工艺探索156
6.1.1 碳纳米管与石墨烯TSV 156
6.1.2 低温（<200℃）键合工艺163
6.2 光子TSV与光电集成171
6.2.1 光互连TSV技术172
6.2.2 光电共封装技术174
6.3 玻璃通孔技术179
6.3.1 TGV的材料优势181
6.3.2 TGV的制造工艺182
6.4 规模化生产与成本挑战185
6.4.1 TSV规模化生产的挑战185
6.4.2 TSV良率提升的路径187
附?录 192
附录A TSV术语速查表192
附录B TSV关键工艺参数196
附录C TSV与TGV等技术对比197
附录D 集成电路TSV三维封装可靠性试验方法指南198
附录E TSV生态图谱204
附录F 各厂商TSV技术路线205
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| 內容試閱：
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前 言?▲?PREFACE
这是一场席卷半导体产业的风暴，在学术界和产业界共同宣告摩尔定律谢幕之际，三维集成技术已成为破局之道。从芯片设计、EDA工具到晶圆制造、封测企业，从存储芯片到AI芯片，全产业链对突破“后摩尔时代”的技术围墙给予空前关注。在这场技术创新风暴中，硅通孔（Through Silicon Via，TSV）作为三维集成技术的代表性技术之一，以其百倍互连密度、纳秒级延迟和毫米级“立体”集成优势，与先进封装技术一起成为高性能集成电路的决胜关键。
然而，对于科研人员和大多数工程师，TSV是一个既熟悉又陌生的核心技术：熟悉在于它将芯片设计从二维“平面铺陈”推向三维“立体构筑”的范式革命；陌生在于其需求根源、特有制造过程、应用生态乃至未来发展仍“隐于迷雾”。
本书试图拨开迷雾，从产业需求的源头出发，经制造工艺核心，抵应用场景纵深，达未来技术前景，回答读者的四大基本问题：为何是TSV？TSV是什么？如何制造TSV？TSV向何处去？
本书共分6章来进行阐述，并根据内容划分为基础、进阶、专业、前沿，以方便读者根据需求自行选择阅读，附录则提供一些术语和参数等信息供读者查阅。
第1章（基础）介绍了三维集成与硅通孔技术概论，立足分析后摩尔时代物理极限与经济性挑战双重“绞索”，介绍了TSV在三维集成技术中实现“突围”的价值。由李伟和郭露露执笔完成。
第2章（进阶）详细介绍了TSV的制造工艺，进一步介绍TSV技术的特点，解码制造难题。由王德敬和张学剑执笔完成。
第3章（专业）深入分析了TSV技术的电学设计与信号/电源完整性问题，以及系统级挑战。由王德敬和张学剑执笔完成。
第4章（专业）则分析了TSV的可靠性的影响因素与可靠性设计，以及热管理技术，聚焦良率改善与散热机制。由郭露露和袁晓旭执笔完成。
第5章（进阶）通过产业芯片案例，介绍了TSV的各种技术应用场景，描绘了产业落地的全景图谱。由李伟和郭露露执笔完成。
第6章（前沿）聚焦新兴材料与新工艺，介绍了包括光子TSV、光电共封装（Co-Packaged Optics，CPO）、玻璃通孔（Through Glass Via，TGV）及规模化生产与成本优化，站在应用难题和技术本身解析发展趋势和技术拐点。由郭露露和袁晓旭执笔完成。
附录部分提供了TSV术语速查表、TSV关键工艺参数、TSV与TGV等技术对比、集成电路TSV三维封装可靠性试验方法指南、TSV生态图谱及各厂商TSV技术路线。由陈志铭、张学剑和王德敬执笔完成。
本书的作者都是产业第一线的技术工程师，其中李伟和郭露露还是在读的清华大学创新领军工程博士生。我们力求在阐述专业技术时，避免单纯地探讨“晦涩”的技术知识，更多地从工程实践的角度进行介绍，希望读者能够更全面地理解TSV技术本身，以及其发展的必然过程，并引导读者客观地理解这项技术的过去、现在及未来。
最后感谢在本书写作期间给予帮助的各位老师、同事和朋友；感谢江婧婧编辑从始至终的帮助，大家严谨的工作确保了本书的顺利出版。因技术迭代迅速，加之作者水平有限，书中难免有错误疏漏之处，恳请读者批评指正。
作者于北京
2025.9
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