“破解三維集成電路（3D-IC）的達(dá)芬奇密碼”？這聽起來像是懸疑電影或小說的名字，但這其實(shí)是我在最近幾次在由IEEE電子元件封裝及制造技術(shù)學(xué)會(huì)（IEEE-CPMT）主辦的會(huì)議和專題報(bào)告中所演講的題目，也體現(xiàn)了我對三維集成電路的看法。通過圖一的幫助，我將嘗試把我的想法展現(xiàn)給大家。
從電子器件的發(fā)展初期開始，先看兩張具有重大里程碑意義的圖（左上角），從上到下展示的分別是世上第一個(gè)點(diǎn)接觸型半導(dǎo)體晶體管（1947，威廉·肖克利，沃特·布拉頓，約翰·巴?。┖偷谝粋€(gè)集成電路（1958，杰克·基爾比）。左邊的第三幅圖是摩爾定律原始的示意圖（1965，戈登·摩爾），第四幅展示的是基于中央處理器（CPU）實(shí)際情況作出修改后的摩爾定律（1961-2011，因特爾）。
在過去的四十多年里，微電子技術(shù)的發(fā)展基本上都在穩(wěn)定的地按照摩爾定律在進(jìn)行。
在世紀(jì)之交，一些新的概念開始推陳出新。在左下角的“小飛象”作為新興的突破性技術(shù)的代表飛起來跨過了投影片，到達(dá)右上角這幅著名的“持續(xù)摩爾定律（More Moore）”和“超越摩爾定律( More than Moore )”的國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖（ITRS）。紅色的縱坐標(biāo)指的是持續(xù)不斷的 “微型化”（Miniaturization），藍(lán)色的橫坐標(biāo)展現(xiàn)的是“集成”（integration）的發(fā)展趨勢。我有意地在投影片中將前者大寫，實(shí)際是為下文做鋪墊。
使“超越摩爾定律”成為可能的有好幾種關(guān)鍵技術(shù)。在這些技術(shù)中要數(shù)硅通孔技術(shù)（TSV）是大家最熟悉的，投影片中右下角的圖正詮釋了這項(xiàng)技術(shù)。過去幾年，硅通孔的概念已經(jīng)被擴(kuò)展到“玻璃導(dǎo)通孔（TGV）”和“塑封導(dǎo)通孔（TMV）”，分別如硅通孔技術(shù)示意圖上的兩圖所示。隨后，有人提議把“TSV”歸納成“TxV”，在此“x”代表不同的材料。
在我看來，只有低成本高效益的技術(shù)才是成功的技術(shù)，所以我建議把這個(gè)術(shù)語修改為“T$V”（我想所有人都明白“$”是什么意思），就像投影片正上方所描述的那樣。
關(guān)鍵的一步來了。我們可以把“微型化（Miniaturization）”中的第一個(gè)字母和“集成（integration）”的第一個(gè)字母拿出來放在一起組成“Mi”。在音階中，“Mi”是在“Do”和“Re”之后的第三個(gè)音符，換句話說，“Mi”代表“3”。然后，“T$V”中美元（Dollar）的符號(hào)“$”可以從投影片上面掉到“3”后面，用首字母D代替。這就是我如何從“摩爾定律”、“持續(xù)摩爾定律”和“超越摩爾定律”中演繹出“三維（3D）”來的。
為了能使大家都明白這個(gè)推論是怎樣來的，我會(huì)問大家“都看懂了嗎？(Did you see that？)”，大家肯定會(huì)回答“懂了。（I see.）”否則我會(huì)不厭其煩一遍遍地演示，直到你由衷地說“懂了（I see 諧音IC——集成電路）”如果仍不得要領(lǐng)，你也可以把“IC”看成是“IEEE-CPMT（國際電氣與電子工程師學(xué)會(huì)——電子元件封裝及制造技術(shù)學(xué)會(huì)）”的首字母縮寫。
我就是這樣從封裝發(fā)展趨勢方面破解了“三維集成電路（3D-IC）”的達(dá)芬奇密碼的。
證明完畢。
“摩爾定律”、“微型化”和“集成”給了我靈感去破解“三維集成電路”的達(dá)芬奇密碼，在此，我想乘勝追擊，推廣一個(gè)可以被看作是“MOOREfication（摩爾化）”變體的新術(shù)語“LEDification（LED化）”。
發(fā)光二級(jí)管（LED）是一個(gè)在正向電壓下p-n結(jié)能釋放出光子的半導(dǎo)體器件，這也是為什么LED 被稱為“固態(tài)照明”（或“半導(dǎo)體照明”）光源的原因。盡管人們在20世紀(jì)初期就發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光效應(yīng)，但直到1960年代LED才得到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在新世紀(jì)來臨之前，因?yàn)檫€沒做出全彩色光譜的LED，而且LED的光通量還處于低水平，當(dāng)時(shí)的LED主要的用途便局限于信號(hào)和顯示。
與集成電路（IC）的歷程相仿，經(jīng)過20年的發(fā)展，LED取得了令人震驚的成績。高功率藍(lán)光LED和熒光粉材料在1990年代所取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了由藍(lán)光LED疊加黃色熒光粉產(chǎn)生白光的LED，并使得半導(dǎo)體通用照明在21世紀(jì)初成為可能。
在2000年的“照明技術(shù)策略展覽會(huì)（Strategies in Light 2000）”上，安捷倫科技的羅蘭·海茲博士與大家分享了他對LED的觀察結(jié)果并預(yù)測：在一個(gè)給定的波長（顏色），LED的發(fā)光性能每10年可提高20倍，而每單位流明的成本則會(huì)每10年降為原來的10分之一。這兩種趨勢可以用圖二表示。
從那時(shí)起，海茲博士的預(yù)測則被尊為“海茲定律”而且被認(rèn)為是LED的“摩爾定律”。最近幾年，商業(yè)化的固態(tài)照明產(chǎn)品已經(jīng)開始走進(jìn)全球的消費(fèi)者市場?，F(xiàn)在，人們輕易就可以在美國的辦公用品店甚至是臺(tái)灣的7-11連鎖便利店里買到LED燈！
著名的搖滾樂隊(duì)紅辣椒（Red Hot Chili Peppers）在1991年發(fā)行了一張專輯，其中的一首“Californication （加州化）”成為了熱門單曲。2007年，在美國Showtime電視臺(tái)開播的一套現(xiàn)實(shí)情境連續(xù)劇也被命名為“Californication”。在《現(xiàn)代詞典》（Urban Dictionary）中，“Californication”指的是主題或?qū)ο蟊痪哂屑又萏厣娘L(fēng)氣潛移默化的過程。
在我看來，在“MOOREfication（摩爾化）”正不斷地探索摩爾定律的底線時(shí)（22納米及以下），“LEDification （LED化）”已經(jīng)開始潛伏發(fā)酵。除了中國奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)這些赫赫有名的大項(xiàng)目，越來越多的LED運(yùn)用產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中。典型的例子就包括LED背光電視/顯示器、LED路燈、LED車頭燈等等。
無論你相信與否，我曾經(jīng)在下榻的酒店里看到過安裝LED作夜間照明之用的馬桶！（請看圖三）下次坐飛機(jī)的時(shí)候，也許你就會(huì)不由自主地去留意機(jī)艙和衛(wèi)生間安裝的是不是LED燈！
盡管LED的創(chuàng)新應(yīng)用越來越多，但固態(tài)照明的發(fā)展之路并非一帆風(fēng)順。在過去的18個(gè)月中，許多LED企業(yè)都遭遇了十分嚴(yán)重的財(cái)政困難。經(jīng)濟(jì)大環(huán)境不景氣只是困難的原因之一，但供求之間的不平衡也導(dǎo)致這些企業(yè)舉步維艱。
也許你也留意到我前文所舉的都不是家用LED的例子，把LED帶進(jìn)千家萬戶最大的障礙就在啟動(dòng)成本太高。在目前LED燈（相當(dāng)于60W白熾燈）的每盞零售價(jià)超過15美元的情況下，說服普羅大眾把固態(tài)照明引進(jìn)家中的難度極大。
然而，因?yàn)榘谉霟粜实?、能耗大，世界主要的國家已?jīng)在制定、執(zhí)行相關(guān)政策來禁止白熾燈的生產(chǎn)和安裝。預(yù)期到2018年，主要的傳統(tǒng)燈泡就會(huì)被替換掉。隨著政府的節(jié)能政策和“擁有成本”（Cost of Ownership）觀念的推廣，從2015年開始人們將會(huì)更樂意接受固態(tài)照明。
有些產(chǎn)業(yè)報(bào)告預(yù)測，到2020年，LED在通用照明市場的滲透份額將達(dá)到80%。我本人也對固態(tài)照明巨大的市場潛力深信不疑。
從電子器件的發(fā)展初期開始，先看兩張具有重大里程碑意義的圖（左上角），從上到下展示的分別是世上第一個(gè)點(diǎn)接觸型半導(dǎo)體晶體管（1947，威廉·肖克利，沃特·布拉頓，約翰·巴?。┖偷谝粋€(gè)集成電路（1958，杰克·基爾比）。左邊的第三幅圖是摩爾定律原始的示意圖（1965，戈登·摩爾），第四幅展示的是基于中央處理器（CPU）實(shí)際情況作出修改后的摩爾定律（1961-2011，因特爾）。
在過去的四十多年里，微電子技術(shù)的發(fā)展基本上都在穩(wěn)定的地按照摩爾定律在進(jìn)行。
在世紀(jì)之交，一些新的概念開始推陳出新。在左下角的“小飛象”作為新興的突破性技術(shù)的代表飛起來跨過了投影片，到達(dá)右上角這幅著名的“持續(xù)摩爾定律（More Moore）”和“超越摩爾定律( More than Moore )”的國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖（ITRS）。紅色的縱坐標(biāo)指的是持續(xù)不斷的 “微型化”（Miniaturization），藍(lán)色的橫坐標(biāo)展現(xiàn)的是“集成”（integration）的發(fā)展趨勢。我有意地在投影片中將前者大寫，實(shí)際是為下文做鋪墊。
使“超越摩爾定律”成為可能的有好幾種關(guān)鍵技術(shù)。在這些技術(shù)中要數(shù)硅通孔技術(shù)（TSV）是大家最熟悉的，投影片中右下角的圖正詮釋了這項(xiàng)技術(shù)。過去幾年，硅通孔的概念已經(jīng)被擴(kuò)展到“玻璃導(dǎo)通孔（TGV）”和“塑封導(dǎo)通孔（TMV）”，分別如硅通孔技術(shù)示意圖上的兩圖所示。隨后，有人提議把“TSV”歸納成“TxV”，在此“x”代表不同的材料。
在我看來，只有低成本高效益的技術(shù)才是成功的技術(shù)，所以我建議把這個(gè)術(shù)語修改為“T$V”（我想所有人都明白“$”是什么意思），就像投影片正上方所描述的那樣。
關(guān)鍵的一步來了。我們可以把“微型化（Miniaturization）”中的第一個(gè)字母和“集成（integration）”的第一個(gè)字母拿出來放在一起組成“Mi”。在音階中，“Mi”是在“Do”和“Re”之后的第三個(gè)音符，換句話說，“Mi”代表“3”。然后，“T$V”中美元（Dollar）的符號(hào)“$”可以從投影片上面掉到“3”后面，用首字母D代替。這就是我如何從“摩爾定律”、“持續(xù)摩爾定律”和“超越摩爾定律”中演繹出“三維（3D）”來的。
為了能使大家都明白這個(gè)推論是怎樣來的，我會(huì)問大家“都看懂了嗎？(Did you see that？)”，大家肯定會(huì)回答“懂了。（I see.）”否則我會(huì)不厭其煩一遍遍地演示，直到你由衷地說“懂了（I see 諧音IC——集成電路）”如果仍不得要領(lǐng)，你也可以把“IC”看成是“IEEE-CPMT（國際電氣與電子工程師學(xué)會(huì)——電子元件封裝及制造技術(shù)學(xué)會(huì)）”的首字母縮寫。
我就是這樣從封裝發(fā)展趨勢方面破解了“三維集成電路（3D-IC）”的達(dá)芬奇密碼的。
證明完畢。
“摩爾定律”、“微型化”和“集成”給了我靈感去破解“三維集成電路”的達(dá)芬奇密碼，在此，我想乘勝追擊，推廣一個(gè)可以被看作是“MOOREfication（摩爾化）”變體的新術(shù)語“LEDification（LED化）”。
發(fā)光二級(jí)管（LED）是一個(gè)在正向電壓下p-n結(jié)能釋放出光子的半導(dǎo)體器件，這也是為什么LED 被稱為“固態(tài)照明”（或“半導(dǎo)體照明”）光源的原因。盡管人們在20世紀(jì)初期就發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光效應(yīng)，但直到1960年代LED才得到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在新世紀(jì)來臨之前，因?yàn)檫€沒做出全彩色光譜的LED，而且LED的光通量還處于低水平，當(dāng)時(shí)的LED主要的用途便局限于信號(hào)和顯示。
與集成電路（IC）的歷程相仿，經(jīng)過20年的發(fā)展，LED取得了令人震驚的成績。高功率藍(lán)光LED和熒光粉材料在1990年代所取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了由藍(lán)光LED疊加黃色熒光粉產(chǎn)生白光的LED，并使得半導(dǎo)體通用照明在21世紀(jì)初成為可能。
在2000年的“照明技術(shù)策略展覽會(huì)（Strategies in Light 2000）”上，安捷倫科技的羅蘭·海茲博士與大家分享了他對LED的觀察結(jié)果并預(yù)測：在一個(gè)給定的波長（顏色），LED的發(fā)光性能每10年可提高20倍，而每單位流明的成本則會(huì)每10年降為原來的10分之一。這兩種趨勢可以用圖二表示。
從那時(shí)起，海茲博士的預(yù)測則被尊為“海茲定律”而且被認(rèn)為是LED的“摩爾定律”。最近幾年，商業(yè)化的固態(tài)照明產(chǎn)品已經(jīng)開始走進(jìn)全球的消費(fèi)者市場?，F(xiàn)在，人們輕易就可以在美國的辦公用品店甚至是臺(tái)灣的7-11連鎖便利店里買到LED燈！
著名的搖滾樂隊(duì)紅辣椒（Red Hot Chili Peppers）在1991年發(fā)行了一張專輯，其中的一首“Californication （加州化）”成為了熱門單曲。2007年，在美國Showtime電視臺(tái)開播的一套現(xiàn)實(shí)情境連續(xù)劇也被命名為“Californication”。在《現(xiàn)代詞典》（Urban Dictionary）中，“Californication”指的是主題或?qū)ο蟊痪哂屑又萏厣娘L(fēng)氣潛移默化的過程。
在我看來，在“MOOREfication（摩爾化）”正不斷地探索摩爾定律的底線時(shí)（22納米及以下），“LEDification （LED化）”已經(jīng)開始潛伏發(fā)酵。除了中國奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)這些赫赫有名的大項(xiàng)目，越來越多的LED運(yùn)用產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中。典型的例子就包括LED背光電視/顯示器、LED路燈、LED車頭燈等等。
無論你相信與否，我曾經(jīng)在下榻的酒店里看到過安裝LED作夜間照明之用的馬桶！（請看圖三）下次坐飛機(jī)的時(shí)候，也許你就會(huì)不由自主地去留意機(jī)艙和衛(wèi)生間安裝的是不是LED燈！
盡管LED的創(chuàng)新應(yīng)用越來越多，但固態(tài)照明的發(fā)展之路并非一帆風(fēng)順。在過去的18個(gè)月中，許多LED企業(yè)都遭遇了十分嚴(yán)重的財(cái)政困難。經(jīng)濟(jì)大環(huán)境不景氣只是困難的原因之一，但供求之間的不平衡也導(dǎo)致這些企業(yè)舉步維艱。
也許你也留意到我前文所舉的都不是家用LED的例子，把LED帶進(jìn)千家萬戶最大的障礙就在啟動(dòng)成本太高。在目前LED燈（相當(dāng)于60W白熾燈）的每盞零售價(jià)超過15美元的情況下，說服普羅大眾把固態(tài)照明引進(jìn)家中的難度極大。
然而，因?yàn)榘谉霟粜实?、能耗大，世界主要的國家已?jīng)在制定、執(zhí)行相關(guān)政策來禁止白熾燈的生產(chǎn)和安裝。預(yù)期到2018年，主要的傳統(tǒng)燈泡就會(huì)被替換掉。隨著政府的節(jié)能政策和“擁有成本”（Cost of Ownership）觀念的推廣，從2015年開始人們將會(huì)更樂意接受固態(tài)照明。
有些產(chǎn)業(yè)報(bào)告預(yù)測，到2020年，LED在通用照明市場的滲透份額將達(dá)到80%。我本人也對固態(tài)照明巨大的市場潛力深信不疑。
