TVS封裝產業格局、市場規模、技術現狀及趨勢研究
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TVS?（Through?Silicon?Via）封裝技術是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連的最新技術。與以往的IC封裝鍵合和使用凸點的疊加技術不同，TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。
TVS封裝外形對比
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圖（a）是4層芯片采用帶載封裝方法(tape?carrier?package，TCP)和采用TSV方法封裝（圖?（b））的外形比較。業內人士將TSV稱為繼引線鍵合(wire?bonding)、載帶鍵合(TAB)和倒裝芯片(FC)乏后的第4代封裝技術。
（1）技術優勢：
--小封裝尺寸；
--高頻特性出色，減小傳輸延時、降低噪聲；
--降低芯片功耗，據稱，TSV可將硅鍺芯片的功耗降低大約40%；?
--熱膨脹可靠性高。
（2）主要技術特點：
--通孔的形成：晶片上的通孔加工是TSV技術的核心，目前通孔加工的技術主要有兩種，一種是深反應離子刻蝕，另一種是激光打孔。激光技術作為一種不需掩模的工藝，避免了光刻膠涂布、光刻曝光、顯影和去膠等工藝步驟，已取得重大進展。然而，未來當TSV的尺寸通孔降到lOUm以下時，激光鉆孔就面臨著新的挑戰。
目前，這兩種技術的細節及其選擇仍然在探索中，不過一些先期進入的廠商已經推出相應的加工設備。此外，形成通孔后還有絕緣層、阻擋層和種子層的淀積以及孔金屬化等工藝技術。
--晶片減薄：如果不用于3D封裝，目前0.3～0.4mm的晶片厚度沒有問題，但如果晶片用于3D封裝則需要減薄，以保證形成通孔的孔徑與厚度比例在合理范圍，并且最終封裝的厚度可以接受。即使不考慮層堆疊的要求，單是芯片間的通乳互連技術就要求上層芯片的厚度在20～30μm，這是現有等離子開孔及金屬沉積技術比較適用的厚度。目前較為先進的多層封裝使用的芯片厚度都在l00um以下。未來芯片厚度將達到25μm甚至更小。
晶片減薄目前采用磨削加工，要經過粗磨、精磨和拋光等不同的加工工序。晶片減薄技術中需要解決磨削過程晶片始終保持平整狀態，減薄后不發生翹曲、下垂、表面損傷擴大、晶片破裂等問題。
--TSV鍵合：完成通孔金屬化和連接端子的晶片之間的互連通常稱為TSV鍵合技術。這種技術采用的工藝有金屬一金屬鍵合技術和高分子黏結鍵合等，而目前以金屬一金屬鍵合技術為主要方式，因為這種技術可以同時實現機械和電學的接觸界面。例如銅一銅鍵合在350～4000C溫度下施加一定壓力并保持一段時間，接著在氮氣退火爐中經過一定時間退火而完成TSV鍵合?，F在這種TSV鍵合已經有相應設備問世。
（3）關鍵技術分析：3D?IC技術繼續向細微化方向發展，硅通孔3D?IC互連尚待解決的關鍵技術之一是通孔的刻蝕。TSV穿孔主要有兩種工藝取向——先通孔(via?first)和后通孔(via?last)，前者是在IC制造過程中制作通孔，后者在IC制造完成之后制作通孔。先通孑L工藝又分為兩種——前道互連型和后道互連型。前者是在所有CMOS工藝開始之前在空白的硅晶圓上，通過深度離子蝕刻(?DRIE)實現，由于穿孑L后必須承受后續工藝的熱沖擊（通常高于1000℃），因而多使用多晶硅作為通孔填充材料；而后道互連型則是在制造流程中在制造廠實現的，一般使用金屬鎢或銅作為填充材料。顯然，先通孔方法必須在設計IC布線之中預留通孔位置，在IC器件制造完成之后，在預留的空白區域進行穿孔，一般采用激光鉆孔的方式，通過電鍍鍍銅實現孔金屬化，因而具有更好的導電性能。這兩種方法哪個會占據主導地位，以及其中諸多技術細節仍然需要探索研究。
此外，3D?TSV的關鍵技術難題還包括：通孔的形成；堆疊形式（晶圓到晶圓、芯片到晶圓或芯片到芯片）；鍵合方式（直接Cu-Cu鍵合、粘接、直接熔合、焊接）；絕緣層、阻擋層和種子層的淀積；銅的填克（電鍍）、去除；再分布引線(RDL)電鍍；晶圓減薄；測量和檢測等。
（4）TSV與SoC對比分析:TSV(through?silicon?via)技術是穿透硅通孔技術的縮寫，一般簡稱硅通孔技術，是三維集成電路中堆疊芯片實現互連的一種新的技術解決方案。由于TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大、芯片之間的互連線最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，成為目前電子封裝技術中最引人注目的一種技術。
SoC（System?on?Chip）即系統單芯片，SoC封裝技術是從設計的角度出發，是將系統所需的組件高度集成到一塊芯片上。當前，SoC封裝技術是相關微電子工業的研究熱點。
對比分析：一般情況下，SoC只集成AP之類的邏輯系統；隨著近幾年SoC生產成本越來越高，頻頻遭遇技術障礙，造成SoC的發展面臨瓶頸。
而TSV允許半導體裸片和晶圓以較高的密度互連在一起，將傳統的芯片之間引線連接的方式徹底改變，通過在芯片晶圓上開鑿微型導孔來實現上下的導通。符合產品的輕小短薄化和低價化發展趨勢。盡管3D封裝可以通過引線鍵合、倒裝(Flip?Chip)凸點等各種通路鍵合技術實現，但TSV技術依然是集成度最高、應用前景最廣的方案。
(5)TSV產業與市場:與傳統封裝相比，TSV具有節距小、多引腳數、高連接可高性等特點，現有主要應用在影像傳感器、MEMS、LED、RFID等領域。目前，臺灣精材科技股份有限公司、蘇州晶方半導體科技股份有限公司、昆山西鈦微電子科技有限公司是全球WLCSP-TS三大專業封測服務商，這些企業集中了全球主要的TSV專業封測產能。其他廠商如Namotek、AWLP、長電先進、Sanyo、三星、東芝、IBM、美光等公司的TSV技術尚處于起步階段。
2014-2019年全球3D?TSV封裝市場規模現狀分析
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數據來源：中金企信國際咨詢
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據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國TVS封裝市場發展策略及投資潛力可行性預測報告》統計數據顯示：從2013年開始，3D?TSV封裝市場規模成幾何式增長，截止2018年全球3D?TSV封裝市場規模為138億美元，較上年增長40.82%。未來隨著半導體工藝進入納米時代，二維平面的集成度達到極限，以TSV為核心的三維封裝技術是突破摩爾定律瓶頸的主要方向。到2019年全球3D?TSV封裝市場規模將達到190億美元。
主要挑戰：整體來看，目前全球3D（TSV）技術應用仍然不夠成熟，市場仍然局限在CIS、MEMS、HB?LED這些非主流領域，關鍵的Logic+Memory市場仍然毫無進展，未來5年內Logic+Memory恐難有進展，POP封裝還是主流。主要原因有以下幾點：
（1）成本問題，POP封裝穩定成熟，成本低廉。且POP封裝性能挖掘潛力還很大。
（2）KGD問題，在POP封裝前其內部的Component就已經單獨測試并Burn-in。而TSV需要封裝后才能測試和Burn-in。一旦其中的某一個Component出現問題，那么整顆TSV都得報廢。
（3）TSV不可重工（Rework），POP封裝可以。
（4）TSV需要多次晶圓減薄，晶圓容易彎曲或破裂，良率(Yield)不高。
（5）支持POP封裝的電子系統廣泛，可以使用目前標準的SMT生產線，TSV則需要做改動。
（6）POP封裝良率很高。
（7）POP封裝有著運作良好的商業模式，失效分析模式成熟(Failure?analysis?methods?are?mature)，而TSV失效分析模式不成熟，難以界定不良產品的責任劃分。
（8）POP封裝是Logic+Memory，而內存是手機半導體中價格最高的IC之一，其價格波動頻繁且波動大，市場集中度極高，為了保證良好的供應鏈管理，廠家必須隨時調整內存的采購量或采購價格；而TSV意味著內存的價格與采購量都已經不可更改。對于快速變化的電子行業來說，這意味著巨額虧損或產品無法及時出貨。
（9）Logic?Die如CPU或GPU可能會產生大量熱量，而與之配合的Memory則產生熱量極少。若將CPU與DRAM、NAND?Flash迭加在一起，CPU的高熱會影響到DRAM、NAND?Flash。如果采用3D?TSV封裝，散熱問題無法解決。