3Dintegraatio

3D-integraatio on elektroniikassa käytetty termi, jolla tarkoitetaan useiden piirejä sisältävien järjestelmien rakentamista kolmiulotteisesti siten, että piirit pinotaan päällekkäin tai sijoitetaan lähekkäin ja yhdistetään tiheillä yhteyksillä. Tekniikkaan liittyy usein through-silicon vias (TSV) -läpiviennyksiä sekä interposer-levyjä tai die-to-die -kytkentäjärjestelmiä. Näin voidaan lisätä integraation tiheyttä, lyhentää signaaliväyliä ja parantaa suorituskykyä sekä energiatehokkuutta.

2,5D- ja 3D-integraatio eroavat siten, että 2,5D puolestaan rakentaa useat diesit yhteisen välilevyn kautta (interposer), kun taas 3D-integraatiossa diesit pinotaan suoraan päällekkäin TSV-yhteyksin.

Valmistuksessa käytetään erilaisia liitosmenetelmiä, kuten wafer-to-wafer- tai die-to-die -liitoksia, sekä mikrosuppareita kuten microbumps tai copper pillars. TSV-viivat mahdollistavat ohjatun tiedonsiirron kerrosten välillä. Bonding- ja kiinnitysmenetelmissä käytetään sekä metallisia että liima-ainepohjaisia ratkaisuja.

Hyödyt liittyvät suureen kaistanleveyteen, korkeampaan suorituskykyyn, pienempään tilaan sekä mahdollisuuteen suurempiin muistikerroksiin, esimerkiksi muistiväylien pinottamiseen kuten HBM-muisti.

Haasteisiin kuuluvat valmistus- ja testauskustannukset, lämpötilan hallinta, luotettavuusongelmat ja tuotantoyritysten kiinnittyminen kompleksisten valmistusprosesseihin sekä teollisen skaalautuvuuden haasteet. Lisäksi standardisointi ja ekosysteemin kyvykkyys kehittyvät edelleen.

Käyttökohteita ovat esimerkiksi grafiikkasuorittimet ja tekoälykiihdyttimet datakeskuksissa sekä korkean suorituskyvyn sovellukset, mobiililaitteet sekä tietyt automaatio- ja teollisuusjärjestelmät, joissa tiheä pakkaus ja korkea kaistanleveys ovat tärkeitä.