TSV技術應用即將遍地開花。隨著各大半導體廠商陸續將TSV立體堆疊納入技術藍圖，TSV應用市場正加速起飛，包括影像感應器、功率放大器和處理器等元件，皆已開始采用；2013年以后，3D TSV技術更將由8寸晶圓逐漸邁向12寸晶圓應用。

　　三維（3D）硅穿孔（Through Silicon Via， TSV）的應用已相當廣泛，目前至少用于包含影像感應器、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體（DRAM）、處理器（Processor）、現場可編程閘陣列（FPGA）、類比元件及功率放大器等元件。據專家評估，能夠整合各家廠商異質晶片的究極3D IC，預估將在2015年左右問世，并且導入量產。

　　CoC晶片堆疊開先河

　　3D IC在專家的定義中總是與TSV脫不了關聯，但是進入立體堆疊的第一步，卻是晶片級技術CoC（Chip on Chip）。CoC會先將晶片磨薄，并且在沒應用TSV的情形下，仍可進行晶片鍵合，這個作法首先是由AT&T貝爾實驗室所提出，而英飛凌（Infineon）在2005年時所發表銅/鋅擴散焊球制程（SOLID），也是應用這種CoC互連技術。

　　索尼（Sony）在2005年使用CoC技術，把微處理器（MPU）并到記憶體上，以滿足PlayStation效能需求。然而當時索尼指出，想要達到預期的良率水準，仍需一段更長的時間。

　　另外，在數位相機與手機的應用上，瑞薩電子（Renesas Electronics）也應用過CoC技術。他們采用的主要原因之一，是因為須要在記憶體與中央處理器（CPU）或特殊應用積體電路（ASIC）間提供更大的資料傳輸能力。而CoC技術另外也具有可協助減少接線端子板（Terminal Board）數目、有更快的執行速度以及更小的尺寸等好處。當時瑞薩在Ni的凸塊底層金屬（UBM），使用SnAg焊球，做為其微凸塊（μ-bump）之用。

　　當然，應用CoC技術時，廠商最注意也是其最特別的地方，在于其可供應高速資料傳輸的特性，因為記憶體晶片使用微凸塊與邏輯IC直接互連，且應用獨立的記憶體晶片，也毋須再內嵌DRAM，且不會有效能下降風險（表1）。

　　另外，這種微凸塊結構提供比打線接合更多的互連，且有更低的寄生電容（Parasitic Capacitance）、電阻及電感，因此會讓DRAM與邏輯晶片間有更大的訊號頻寬，而有更快的資料傳輸率。

　　TSV立體堆疊應用普遍

　　在堆疊晶片的技術上，除了選擇使用CoC技術外，正宗的選項當然是TSV技術。

　　影像感應器最先采用

　　影像感應器是TSV技術的第一波應用（使用Backside Via）；包括東芝（Toshiba）、意法半導體（ST）、三星（Samsung），以及Oki Electric（現在屬于Rohm），都已經有生產線，而美光（Micron）的TSV影像感應器則已被移轉到子公司Aptina。

　　Tessera買了ShellCase后，已發展出可應用在影像感應器上的TSV技術。***的精材、日本的三洋（Sanyo）以及中國蘇州的晶方皆已獲得該技術授權。首德（SCHOTT）也發展出類似架構，如可用在產生低電阻與高品質電路的背面孔蝕刻及光阻劑噴灑涂膜等技術，且也準備好授權。

　　研究報告指出，在互補式金屬氧化物半導體（CMOS）影像感應器產品上使用背面挖洞技術，可提供較小封裝尺寸的優點，如ST與Leti共同發表的產品--具有二十三個輸入輸出（I/O）的影像感應器，可以產生直徑70微米（μm）TSV孔徑，且最小可達間距是150微米。

　　功率放大器藉TSV技術接地

　　在功率放大器的相關應用上，IBM發表過可以使用塊晶（Bulk Wafer）技術來制造應用TSV的功率放大器，以0.35奈米的技術節點應用于移動式設備上。對于任何高頻操作的功率放大器來說，在射極（Emitter）接地導線的電感，會減少電晶體可得的功率，為了克服這個現象，IBM選擇在基底的背面進行蝕刻，以產生TSV的穿孔并且進行接地，這是他們在GaAs HBT功率放大器所做的附加動作。

　　在2008年，IBM宣布開始提供此技術于其上市商品SiGe功率放大器上，其晶片尺寸為1.125毫米（mm）×1.2毫米，且有十個TSV孔，這種作法與以往接合處只能在晶片邊緣四周有所不同。必要時，此種TSV技術還可以置放在靠近電能槽（Power Cell）附近，亦即能夠比打線接合封裝的方式減少大約20%的尺寸大小，也可以有傳統打線封裝電感的二十分之一，但是以結構來看，IBM的作法仍屬于單一晶片，并沒有做任何的晶片堆疊，可是至少有應用TSV技術。

　　TSV實現更高效能處理器

　　現今設備的運算能力，已被CPU、快取（Cache）與主記憶體間的頻寬及訊號延遲等問題所限制，使用3D IC整合堆疊技術可讓微處理器縮短互連長度，因而改善系統效能。

　　想要對微處理器進行3D整合堆疊時，會有兩項主要挑戰，首先是如何把3D堆疊制程整合到高效能微處理器制程中，主要考量是如何對張力強化的硅元件與低介電系數介電質做處理，因為這兩者都對應力較為敏感；而3D堆疊通常會把元件層薄化到小于50微米，也就讓元件更容易產生應力效應，還有TSV接合的區域也會在堆疊時，因熱膨脹系數沒有搭配好，而產生熱機械應力與張力效應。

　　第二個主要的挑戰，則是須要解決當3D堆疊有效地增加電晶體密度后，讓堆疊體在散熱上更加錯綜復雜的問題。這是因為微處理器有更高的耗電密度，且可用的散熱路徑有限，處理過熱的問題于是更加關鍵。雖然在堆疊后的微處理器結構下，散熱會變得更差。

　　這類產品的第一波應用，是把快取記憶體接合到處理器。在設計上，處理器會全面的被重新分區（Repartition），這將涵蓋邏輯與邏輯晶片的相互堆疊空間，以便充分應用3D堆疊的好處，并達到較低的耗電與雜訊，但首先需要有更好的3D設計工具來支援Repartition。

　　索尼在2012年啟動應用TSV技術至新一代游戲機的CPU/圖形處理器（GPU）開發計劃，主要是想讓PlayStation游戲機有更長的架上壽命，且藉由一系列的高規格、頂尖技術包含TSV互連的封裝，不斷地在其產品生命周期內更新其平臺。