「香港飛龍」標誌 本文内容： 如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~來源：內容來自Source：編譯自purdue 。隨着計算機處理器體積越來越小、性能越來越強，半導體工程師們正面臨芯片運行速度的物理極限。一種策略是將芯片進行三維堆疊，並使用被稱爲硅通孔 (TSV) 的微型導線作爲垂直連接器。普渡大學的研究人員正專注於研究 TSV——它們在保持足夠堅固可靠的情況下，可以做到多小。TSV 是極細的銅線，直徑通常爲 5 微米（約爲人類頭髮絲厚度的十分之一）。將這些銅線排列在堆疊的硅芯片之間，可以實現芯片間極快的通信速度，從而實現極高的帶寬和快速的處理速度。但這需要付出代價。“先進3D封裝的最大挑戰之一是散熱問題，”機械工程 博士生呂書航說道。“高密度材料如此緊密地排列在一起，產生的熱量比傳統的2D芯片更多。物理材料開始變形和破裂，從而影響性能和可靠性。”換句話說，僅僅縮小硅通孔尺寸並增加數量並不能提高芯片速度。物理材料（導線的銅和芯片的硅）在相互接觸、升溫並開始相互推拉時會遇到問題。隨着導線尺寸的減小，問題變得更加棘手——發熱問題更加嚴重，而且導線的彈性也會隨着收縮而發生變化。Lyu 對 TSV 和硅之間的相互作用的研究已被《應用物理學雜誌》的封面重點報道。爲了研究這些微觀尺度上的熱機械應力和應變，Lyu 首先必須構建原型。他製作了硅晶圓樣品，其硅通孔陣列的直徑分別爲 4 微米、2 微米和 1 微米。這項工作是在Birck 納米技術中心完成的，該中心是普渡大學的一箇大型潔淨室設施，專注於半導體的製造和特性分析。隨後，呂教授利用多種工具研究了樣品的熱機械性能。“我們使用拉曼光譜和掃描電子顯微鏡研究了TSV的微觀結構。我們發現，隨着TSV的收縮，銅的微觀結構發生了顯著變化。”與大多數材料一樣，銅具有晶粒結構。Lyu發現，隨着TSV尺寸越來越小，銅晶粒本身也變得更小。這改變了它們的彈性響應，這表明TSV尺寸縮小後，其強度實際上可能會有所提高。Lyu 的聯合導師是機械工程助理教授Tiwei Wei和機械工程副教授Thomas Beechem 。他們都研究半導體微觀尺度上的傳熱和熱機械響應。普渡大學不斷髮展的半導體創新生態系統是Purdue Computes 項目的關鍵支柱之一。Purdue Computes項目是一項涵蓋計算部門、物理人工智能、半導體以及量子科學與工程的綜合性計劃，旨在實現無與倫比的規模化卓越成就。“我們研究這些材料特性的根本原因是爲了未來讓半導體變得更好，”呂教授說道，“微觀應力和應變與器件的性能直接相關。如果芯片製造商能夠利用我們的模型來改進他們的設計和材料，那麼半導體的速度將變得更快、更可靠。”他們總結道，硅通孔 (TSV) 的尺寸縮放對於未來邏輯上邏輯和邏輯上內存計算架構中高密度 3D 集成的發展至關重要。實現這種縮放需要瞭解相關長度尺度上的熱機械響應，因爲構成 TSV 大部分的銅的微觀結構和特性都取決於尺寸。爲此，我們在此研究了周圍 Si 的殘餘應力發展和 TSV 內 Cu 的微觀結構演變，因爲它們的直徑從 5 微米縮小到 1 微米並進行熱退火。結合拉曼光譜和電子背散射衍射成像並輔以熱機械建模，揭示了等效應力和 TSV 直徑之間的非單調趨勢。這種非單調趨勢可用彈性熱機械模型來解釋，該模型考慮了晶圓整體彎曲與局部Cu收縮之間的競爭。這種彈性行爲很大程度上歸因於Cu平均晶粒尺寸的減小，以及隨之而來的強度的提高，而這種減小是隨着TSV直徑的減小而發生的。因此，鑑於測量應力與彈性模型的一致性，以及晶粒尺寸減小帶來的機械強度的提高，可以推斷，退火Cu TSV在尺寸從5μm縮小到1μm的過程中，與尺寸更大的同類產品相比，其彈性更高。https://engineering.purdue.edu/ME/News/2025/wiretowire-tsvs-may-be-the-key-to-faster-semiconductors半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4052期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時 專業 原創 深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦 (本文内容不代表本站观点。) --------------------------------- |
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