3Dintegraatioon

3Dintegraatioon kuvaa joukkoa elektroniikkaan liittyviä tekniikoita, joiden avulla useita IC-levyjä pinotaan ja kytketään toisiinsa kolmannen ulottuvuuden suuntaan. Pystysuora integraatio voi lisätä tiheyttä, lyhentää tiedonsiirtoetäisyyksiä ja parantaa suorituskykyä sekä energiatehokkuutta.

Keskeisiä keinoja ovat TSV-tekniikka (through-silicon vias), wafer-to-wafer- tai die-to-wafer-liimaus sekä interposers, joihin kytketään useita toimintoja mikroyhteyksin. 3D-integraatio voidaan toteuttaa 2.5D-rakenteina interposerin avulla sekä täysin kolmiulotteisesti pinottuina kokoonpanoina.

Yleisesti 3D-IC-yhdistelmät voivat sisältää logiikan ja muistien pinon sekä tiiviisti pakattuihin kokoonpanoihin sijoitetut toiminnallisuudet. Esimerkkejä ovat muistiyhteyksien pinottaminen, kuten High Bandwidth Memory (HBM).

Edut ovat suurempi tiheys, korkeampi muistiväylä ja pienemmät viiveet johtojen pituuden pienentämisen ansiosta. Tämä voi lisätä suorituskykyä ja pienentää paketin kokonaiskokoa sekä energian tarvetta tiedonsiirtoon.

Haasteisiin kuuluvat lämpöjohtaminen, korkeat valmistuskustannukset, epävarmuus tuotannossa, sekä testauksen ja luotettavuuden hallinta. Lisäksi suunnittelutyökalujen ja standardien kehittäminen on haasteellista ja investoinnit suuria.

Sovelluksia ovat tekoäly- ja HPC-kiihdyttimet, grafiikkasuorittimet sekä mobiili- ja datakeskuslaitteet, joissa korkea suorituskyky yhdistetään pienempään tilaan ja energiatehokkuuteen.

Historian ja nykytilan mukaan 2010-luvulla 3D-teknologiat saavuttivat kaupallisen huomion erityisesti HBM-muistipinojen ja interposer-pohjaisten ratkaisujen kautta. TSV-tekniikka on vakiintunut osaksi joitakin sovelluksia, mutta laajaa käyttöönottoa rajoittavat kustannukset ja standardien kehittäminen.