1. 3D IC與摩爾定律
    三維集成電路(3D IC)又稱立體集成電路，本質(zhì)上說仍然屬于傳統(tǒng)的以硅材料為主的半導體集成電路，并不是一種新型的集成電路品種，只是一種新的封裝形式。
    傳統(tǒng)的集成電路封裝是在一個封裝內(nèi)放置一個晶片（裸芯片）或平面放置多個晶片(MCM)，這種封裝形式稱為2D，即晶片在XY二維平面分布。而3D IC則是將多個晶片堆疊放置，如圖5.5.1所示，從而捉高了封裝效率（封裝效率≥100%），對于集成電路產(chǎn)品而言則是提高了集成度和性能。
     隨著半導體工藝特征尺寸的不斷縮小，特別是進入納米尺寸范圍(小于0.1μm即100nm)后，半導體制造技術(shù)難度越來越大。傳統(tǒng)的技術(shù)越來越接近物理尺寸極限，而新的技術(shù)一時還難以接替，因而摩爾定律難以為繼的預(yù)言已經(jīng)多次提出，只是由于科技界不懈的努力使傳統(tǒng)半導體技術(shù)得以延續(xù)，90nm.65nm、45nm.32nm、22nm、…實際上，不可否認的是如果近年來半導體技術(shù)不能有重大突破，摩爾定律難免壽終正寢。
    正是3D IC，這個在半導體領(lǐng)域被視為技術(shù)含量不高的封裝技術(shù)上的新進展，使傳統(tǒng)半導體技術(shù)出現(xiàn)新的契機，利用封裝技術(shù)提高集成度，繼續(xù)電子信息產(chǎn)品微小型化、多功能化和智能化的進程，從而使瀕臨失效的摩爾定律暫時得以延續(xù)，因而受到業(yè)界高度重視，成為電子制造領(lǐng)域的熱門技術(shù)，并且對電子產(chǎn)品發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

    2. 3D lC的特點
    1)縮小封裝尺寸
    與同樣數(shù)量晶片的2D封裝比，3D IC最直觀的優(yōu)點就是可以大幅縮小封裝的平面尺寸，提高芯片的晶體管密度。3D封裝增加了最終封裝的高度，但在電路板的各種元器件中，IC的高度不是問題，一般電解電容、連接器都比較高（大于3～5mm），目前一個晶片厚度約0. 2mm，在3D封裝中經(jīng)過減厚可達0.Imm或更薄。
    2)提高互連效率
    在傳統(tǒng)的集成電路技術(shù)中，作為互連層的金屬位于2D有源電路上方，互連的基本挑戰(zhàn)是互連造成的傳輸延遲，特別隨著高速電路的應(yīng)用，延遲問題就更為突出。為了避免這種延遲，同時也為了滿足性能、頻寬和功耗的要求，采用垂直方向上將芯片盞層的新技術(shù)，可以縮短互連線(見圖5.5.2)，實現(xiàn)高效互連，從而提升芯片運行速度。

                      
    3)降低芯片的功耗
    3D架構(gòu)使互連線縮短不僅有利于信號傳輸，而且可以降低芯片的功耗。隨著數(shù)字電路開關(guān)速度的提高，在互連線上消耗的功率相當驚人。據(jù)統(tǒng)計，在一種高工作頻率的數(shù)字集成電路中，90%以上的功率實際上是由10%的長互連線消耗的。減小互連線長度，不僅會提高電路速度，還會有效地降低電路的功耗。
    4)較低的成本
    與單芯片系統(tǒng)SoC相比，3D IC系統(tǒng)封裝電路的開發(fā)難度低、周期短，因而可以降低研發(fā)成本。
    另一方面，對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，在設(shè)計階段導人3D IC的概念，可以將一個完整、復(fù)雜的芯片，拆分成若干子功效芯片、在不同層實現(xiàn)，既增強了芯片功能，又避免了相關(guān)的成本、設(shè)計復(fù)雜度增加等問題。
    當然，3D IC也不全是優(yōu)點。其主要缺點是：如果堆疊中的一層集成電路出現(xiàn)問題，所有堆疊的裸片都將失效；此外，封裝技術(shù)難度的提高也會增加一部分成本。

    3. 3D IC的實現(xiàn)
    3D IC的實現(xiàn)關(guān)鍵是堆疊芯片的互連。早期的芯片間的互連采用傳統(tǒng)封裝技術(shù)中的“打線”方式，即金絲球焊的方式來完成，如圖5.5.1(a)所示，由于技術(shù)成熟，實現(xiàn)比較容易。顯然，這種互連方式對于縮小封裝尺寸不是最好的方法，同時當多個芯片堆疊時，對
金絲球焊的要求提高，因此人們不斷探索其他互連方法。圖5.5.1(b)是另一種連接方式，即在堆疊芯片之間使用焊球?qū)崿F(xiàn)連接，它相比金絲球焊的方式有利于縮小封裝尺寸，但這種方式對于3層以上堆疊，例如要實現(xiàn)第一層與第三層的連接就比較困難。目前最受推崇的連接技術(shù)是所謂硅通孔(TSV)技術(shù)，如圖5.5.1(c)所示，有關(guān)TSV將在下面單獨介紹。