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传感器如何实现更小尺寸？3DIC技术是一大绝招
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2017-11-22
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系统工程师在开发复杂的电子产品，例如传感器和传感器接口应用时，他们所面临的重大挑战为更小的外形尺寸、杰出的功能、更佳的效能及更低的物料列表成本（BoM）。设计者可以采用具有较高整合密度的较小制程节点来缩减晶方尺寸，同时也能使用先进的封装技术来实现系统小型化。
3DIC成为缩小传感器IC新解方
对于更高系统整合度的需求持续增加，这不只促使传统的组装服务供货商，也推动半导体公司开发更创新和更先进的封装技术。 最具前景且最具挑战性的技术之一就是采用硅通孔（TSV）的三维积体（3DIC）。 3DIC技术现在已被广泛用于数字IC（例如，内存IC、影像传感器和其他组件的堆栈）中，其设计和制造方法已经在数字世界中获得成功证明。 接下来，设计者要如何将3DIC技术成功导入以模拟和混合讯号为主的的传感器IC中？
在今日，走在前面的模拟和混合讯号IC开发商已开始意识到采用模拟3DIC设计的确能带来实质好处。 智能传感器和传感器接口产品锁定工业4．0、智能城市或物联网（IoT）中的各种应用。 在各种芯片堆栈技术中，TSV和背面重新布局层（BRDL）可用来替代传统金线接合，此技术的用处极大。
3D积体技术，特别是来自领导晶圆代工业者的特殊模拟TSV技术，在结合正面或背面重新布局层（RDL）后，由于互连更短且能实现更高的整合度，因此能以更小的占板面积提供更多功能。 特别是小尺寸的TSV封装技术（总高度在0．32mm范围内）能解决智能手表或智能眼镜等穿戴式装置的的小尺寸需求。
在不同的芯片或技术组合中，TSV技术还能提供更高水平的灵活度，例如采用45奈米制程的数字芯片中的芯片至芯片堆栈，以及在模拟晶圆（例如180nm）中，微机电（MEMS）组件或光传感器和光电二极管数组的堆栈，这只是其中的几个例子。
模拟3DIC技术通常是透过建造芯片正面到IC背面的电气连接来实现传感器应用。 在许多传感器应用，例如光学、化学、气体或压力传感器中，感测区域是位在CMOS侧（晶圆的顶端）。 芯片和导线架之间最常用的连接是打线接合（Wire bonding）（图1）。 无论是使用塑料封装，或是将裸片直接接合在印刷电路（PCB）或软性电路板上，对于某些会将感测区域暴露出来的应用而言，打线接合并非理想的解决方案。 采用专业晶圆代工业者的专有TSV技术，可以利用TSV、背面RDL和芯片级封装（WLCSP）（图2）来替代打线。
3DIC成为缩小传感器IC新解方
对于更高系统整合度的需求持续增加，这不只促使传统的组装服务供货商，也推动半导体公司开发更创新和更先进的封装技术。 最具前景且最具挑战性的技术之一就是采用硅通孔（TSV）的三维积体（3DIC）。 3DIC技术现在已被广泛用于数字IC（例如，内存IC、影像传感器和其他组件的堆栈）中，其设计和制造方法已经在数字世界中获得成功证明。 接下来，设计者要如何将3DIC技术成功导入以模拟和混合讯号为主的的传感器IC中？
在今日，走在前面的模拟和混合讯号IC开发商已开始意识到采用模拟3DIC设计的确能带来实质好处。 智能传感器和传感器接口产品锁定工业4．0、智能城市或物联网（IoT）中的各种应用。 在各种芯片堆栈技术中，TSV和背面重新布局层（BRDL）可用来替代传统金线接合，此技术的用处极大。
3D积体技术，特别是来自领导晶圆代工业者的特殊模拟TSV技术，在结合正面或背面重新布局层（RDL）后，由于互连更短且能实现更高的整合度，因此能以更小的占板面积提供更多功能。 特别是小尺寸的TSV封装技术（总高度在0．32mm范围内）能解决智能手表或智能眼镜等穿戴式装置的的小尺寸需求。
在不同的芯片或技术组合中，TSV技术还能提供更高水平的灵活度，例如采用45奈米制程的数字芯片中的芯片至芯片堆栈，以及在模拟晶圆（例如180nm）中，微机电（MEMS）组件或光传感器和光电二极管数组的堆栈，这只是其中的几个例子。
模拟3DIC技术通常是透过建造芯片正面到IC背面的电气连接来实现传感器应用。 在许多传感器应用，例如光学、化学、气体或压力传感器中，感测区域是位在CMOS侧（晶圆的顶端）。 芯片和导线架之间最常用的连接是打线接合（Wire bonding）（图1）。 无论是使用塑料封装，或是将裸片直接接合在印刷电路（PCB）或软性电路板上，对于某些会将感测区域暴露出来的应用而言，打线接合并非理想的解决方案。 采用专业晶圆代工业者的专有TSV技术，可以利用TSV、背面RDL和芯片级封装（WLCSP）（图2）来替代打线。
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