TSV市场预测与评估 - 各大厂商倾力开发，芯片立体堆叠技术应用在即

　　TSV市场预测与评估

　　许多消费性应用须要使用TSV、中介层或可切入扇出型晶圆级封装（FOWLP）做进阶封装，以便产生薄于50微米（μm）的超薄半导体晶圆，如供电元件绝缘闸双极电晶体（IGBT）、RF与发光二极体（LED）。由于超薄晶圆较不稳定、比传统的更易碎、探针测试时易破，且在研磨与晶圆加工时易产生挠曲，因此需要新的暂时键合技术。

　　研究机构Yole找出至少六个使用载具暂时键合的技术，每一种在化学药剂与载具等上，都有不同的特性，而暂时键合发展的目标是能够降低成本、抗高温与结构稳定的问题，工具厂商、化学药剂供应商与基板厂商都须要合作，以便达成这个目标，而部分如Nitto Denko、TOK与TEL则试着供应制程与化学材料。Yole预估暂时键合的市场将会在2011？2016年间，有五倍的市场成长，让市值上探3亿美元，需要暂时键合的晶圆，将会在2016年达到3千5百万片。

　　导入新技术在还没有商品化之前，可能无法得到任何即时好处，正如堆叠DRAM已进行了一段时间，但仍在商品化过程中遇到问题。让应用TSV堆叠DRAM的商品延后上市时间的原因之一，便是对堆叠后的记忆体可靠度有所质疑。根据IBM的说法，TSV的封装必须能够考虑关键架构的整合效果，如TSV、微凸块、D2D/基底接合、底部填充剂（Underfill）层以及重分布层（RDL）等，都必须有完善的搭配。

　　除此之外，晶片与封装的关联，是TSV DRAM封装可靠度的关键，因为孔的生成与金属填孔，都会改变DRAM晶片的物理特性，而妥善处理微凸块接合与Underfill，是可以最小化DRAM晶片主动层压力的关键。另外，在磨薄后DRAM中，将会有VRT（Variable Retention Time）问题，也是可靠度所须做的考量因素。

　　第一个使用TSV堆叠DRAM的应用，是在2010年起于伺服器之高效能DDR3的市场应用上，其晶片尺寸大约在9毫米×10毫米，而这种伺服器记忆体的应用率，在2010年时大概有27%左右，然而，也须端看TSV与其他技术比较之后的结果。表1是DRAM使用TSV技术时在一般市场的预估值。

　　表2显示使用TSV在图形处理器的市场预测，这个图形处理器尺寸大约在15毫米×15毫米，并且会有处理器与记忆体在其中。

　　从表3的预测中可以看出，FPGA将于2013年开始使用TSV制造，但仍须视晶圆代工的能力而定。在2013年之前，FPGA仍仅止于研发阶段，在2013年后，FPGA堆叠后的晶片尺寸至少会到14毫米×14毫米左右，而在每个堆叠中也都会有记忆体和处理器。

　　若观察无线产品市场，主要还是以处理器与记忆体的配合为主要应用方向，而正当许多厂商已开始朝采用TSV来形成解决方案时，这类产品的价值链晶圆代工夥伴，目前还尚未可以提供对应的服务及妥善的生产线，许多厂商都希望在2011年便可以有产品上市，但直到2012年才有厂商开始投入量产，晶圆代工也比较有生产线可用（表4），而处理器晶片尺寸可能会在7毫米×7毫米左右，并且会使用TSV把记忆体整合堆叠到处理器内。

　　当然，在半导体市场上仍有其他的可能应用存在，例如NAND快闪记忆体的应用，其可能的堆叠将包含记忆体储存卡、通用序列汇流排（USB）硬碟、固态硬碟（SSD）、microSD卡、MP3播放器、数位相机以及可携式的游戏机，对于这部分的应用，在2009年便开始引起很大的回响与讨论，然而目前多数的厂商仍认为TSV的相关成本未能妥善评估，并且目前还有其他替代技术，例如使用薄化晶片与打线接合堆叠的方式，也能够取得相同的密度水准，因此到2014年之后才有量产TSV技术的可能性。

　　TSV前景看好　惟时间表未定

　　目前许多厂商在应用TSV上并没有设定很明确的蓝图，且因为制程与设计间有落差，所以方法并不明确，因此应用TSV的3D IC虽然是一个新模式，但对于设计者而言，必须改变传统二维（2D）设计的想法与结构。

　　另外，组装也是另一个问题。许多的制程都会因为TSV而有物理、散热或电性的应力结构的改变，而改变元件的特性。虽然，这2年来已有许多重大的技术突破，不论在设计或制程上都有顺利的进展，但离量产仍有一段距离，问题包括成本、设计规则的改变、系统的协同设计需求以及新工具与架构之间的整合应用等。

　　比较理想的生态应该包含代工厂、矽智财（IP）供应商、电子设计自动化（EDA）厂商与封测代工厂（OSAT）等，一起在设计工具与参考流上取得整合共识，这种成本效率、技术改善与协同的生态，是让应用TSV的3D IC成为主流的关键要素。

　　此外，虽然目前在市场上已有许多的公司规画且有意愿导入TSV技术到自家的核心技术以及产品上，但是由于相关成本较难估算，而且价值链架构并不是很稳定，仍需要时间来加以厘清，才可助加速TSV于市场上的应用。