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TSV技术引爆国产芯片“弯道超车”!7nm芯粒堆出3nm性能,光刻机卡脖子被巧妙

TSV技术引爆国产芯片“弯道超车”!7nm芯粒堆出3nm性能,光刻机卡脖子被巧妙绕过

中国到底是怎么在没有EUV光刻机的情况下,一步步逼近3纳米性能的?

答案就藏在TSV技术(硅通孔技术)。

这玩意儿不是什么新概念,但它在2025-2026年的演进,正在悄悄改变全球半导体产业的游戏规则。

一、先说结论:中国没有EUV,但找到了“搭积木”的玩法传统3纳米制程,需要在指甲盖大小的芯片上蚀刻出几十亿个晶体管,这必须用荷兰ASML的EUV光刻机——但我们被卡脖子了。

怎么办?

不造“单层豪宅”,改盖“多层联排别墅”。

TSV技术的核心思路是:用7纳米、14纳米等成熟工艺的芯片芯粒,通过垂直堆叠和精密互连,拼出一颗性能等效3纳米的芯片。

这就像用普通砖头(成熟工艺芯粒),通过精妙的建筑结构(TSV+Chiplet),盖出摩天大楼(3纳米性能)。“TSV技术虽无法直接突破EUV光刻机瓶颈,但通过先进封装路径,可实现3纳米级性能等效突破。” 这不是吹牛,是有技术支撑的。

二、TSV到底是什么?

简单理解就是“芯片打孔术”TSV全称“穿透硅通孔技术”(Through Silicon Via),是在硅芯片上垂直钻出微小的通孔,然后在孔里填充导电材料(通常是铜),让上下堆叠的芯片直接“面对面”通信。

这就好比在楼层之间修了一条垂直高速电梯——过去信号要从一楼绕到十楼,现在直接坐电梯上下,又快又省电。

TSV为什么被称为“第四代封装技术”?

因为它的优势太明显了:封装尺寸缩小:芯片不再平铺,而是叠起来,面积瞬间缩小60%以上信号传输极快:互连距离从毫米级缩短到微米级,延迟降低90%功耗显著降低:据说能把硅锗芯片的功耗降低大约40%带宽密度惊人:每平方毫米可以容纳超过10,000个通孔目前SK海力士的HBM3E高带宽内存、索尼的IMX989图像传感器,都已经大规模应用TSV技术。

三、国内如何推进3纳米?

中国目前确实还造不出3纳米单芯片,但通过TSV+Chiplet模式,我们正在从三个方向发起“围攻”:

高深宽比刻蚀:把“井”挖到50倍深度TSV制造最难的环节是什么?

刻蚀。

打个比方:你要在米粒上钻一口井,井的深度是直径的50倍,还要保证井壁光滑、不歪斜。这就是深宽比50:1的刻蚀难度。目前国内的技术目标是:深宽比50:1~100:1,刻蚀剖面垂直度>89.5°,侧壁粗糙度50:1),用于HBM芯片堆叠的垂直互连。

与长鑫存储合作开发3D NAND堆叠技术。公司等离子体刻蚀设备已被广泛应用于国际一线客户从65纳米到14纳米、7纳米和5纳米的集成电路加工制造及先进封装。

中微公司是TSV核心设备——深硅刻蚀设备的国内龙头,其TSV深孔刻蚀设备可实现1μm孔径、50:1以上深宽比,技术壁垒极高,是先进封装扩产最直接的“卖铲人”。

6. 硕贝德

通过参股方式布局TSV先进封装领域。公司直接参股苏州科阳半导体有限公司,该公司是少数掌握晶圆级芯片封装技术的公司之一。苏州科阳掌握了晶圆级芯片封装的TSV、micro-bumping(微凸点)和RDL等先进封装核心技术。硕贝德通过参股苏州科阳间接布局TSV技术,属于“泛TSV概念”标的,弹性较大但主业与封装关联度有限。

7. 大港股份

通过控股孙公司苏州科阳,间接布局TSV先进封装领域。控股孙公司苏州科阳是少数掌握晶圆级芯片封装技术的公司之一,掌握了晶圆级芯片封装的TSV、micro-bumping(微凸点)和RDL等先进封装核心技术,包含了覆盖锡凸块、铜凸块、垂直通孔技术、倒装焊等技术。苏州科阳自主研发出FC、Bumping、MEMS、WLP、SiP、TSV、WLFO等多项集成电路先进封装技术和产品,具备8吋的晶圆级芯片封装技术规模量产能力。

苏州科阳因市场景气度提升,正处于满产状态,生产订单供不应求。为扩大市场份额,将加快推进CIS芯片封装生产线扩产项目,同时推进TSV晶圆级封装和RW工艺生产线项目的论证工作。大港股份通过控股苏州科阳深度布局TSV封装,目前满产运行,扩产规划明确,是TSV产业链中弹性较大的标的。

8. 强力新材

TSV关键材料供应商。公司研发的光敏性聚酰亚胺(PSPI)和电镀液供应先进封装企业,目前处于验证阶段。PSPI和电镀液是先进封装中微凸点、中介层和TSV实现信号从芯片到载板件的传递的核心材料。

强力新材是TSV关键材料国产替代的代表企业,光敏性聚酰亚胺和电镀液是TSV工艺的核心材料,目前处于验证阶段,一旦通过认证将打开巨大市场空间。

9. 赛微电子

拥有MEMS核心专利的半导体企业。公司拥有硅通孔、深反应离子刻蚀等在内的多项MEMS核心专利。TSV(硅通孔)技术是实现三维系统集成所必须的首要工艺。赛微电子拥有TSV相关的MEMS核心专利,是TSV概念中技术积累较为独特的企业,但主业仍处于亏损状态。

10. 北方华创

国内半导体设备龙头。TSV技术实力:北方华创是TSV相关设备供应商之一,可向长电、通富等封测企业供应设备