3D ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள்

```wiki

3D ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள்

3D ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் (3D Integrated Circuits - 3D ICs) என்பவை, வழக்கமான 2D ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் (Integrated Circuits) போல இல்லாமல், ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட அடுக்குகளில் செமிகண்டக்டர் (Semiconductor) சாதனங்களை செங்குத்தாக அடுக்கி உருவாக்கப்பட்டவை. இது அதிக செயல்திறன், குறைந்த மின் நுகர்வு மற்றும் சிறிய அளவு போன்ற பல நன்மைகளை வழங்குகிறது. இந்த தொழில்நுட்பம், எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் ஒரு முக்கியமான முன்னேற்றமாக கருதப்படுகிறது.

3D ICகளின் பரிணாமம்

ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளின் வளர்ச்சி ஜாக்சன் கில்பர்ட் (Jack Kilby) மற்றும் ராபர்ட் நொய்ஸ் (Robert Noyce) ஆகியோரால் 1958-59ல் தொடங்கியது. ஆரம்பத்தில், டிரான்சிஸ்டர்கள் (Transistors) மற்றும் பிற கூறுகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதன் மூலம் செயல்திறனை மேம்படுத்தினர். 2D ICகளின் செயல்திறன் வரம்புகளை அடைந்த பின்னர், 3D ICகளின் தேவை அதிகரித்தது.

ஆரம்ப முயற்சிகள்: 2000-களின் முற்பகுதியில், 3D ICகளின் ஆரம்ப கட்ட ஆராய்ச்சிகள் தொடங்கின. Wire bonding மற்றும் flip-chip தொழில்நுட்பங்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன.
தற்போதைய நிலை: தற்போது, Through-Silicon Vias (TSV) போன்ற மேம்பட்ட தொழில்நுட்பங்கள் 3D IC உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இது அதிக அடர்த்தி மற்றும் செயல்திறனை வழங்குகிறது.

3D ICகளின் நன்மைகள்

3D ICகள், 2D ICகளை விட பல நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன:

அதிக அடர்த்தி: செங்குத்தாக அடுக்கி உருவாக்குவதால், அதிக எண்ணிக்கையிலான சாதனங்கள் (Devices) சிறிய பரப்பளவில் பொருத்த முடியும்.
குறைந்த தாமதம்: குறுகிய இடைவெளிகள் காரணமாக சிக்னல் பயணம் செய்யும் தூரம் குறைகிறது, இதனால் சிக்னல் தாமதம் (Signal delay) குறைகிறது. இது செயல்திறனை (Performance) அதிகரிக்கிறது.
குறைந்த மின் நுகர்வு: சிக்னல் பயணம் செய்யும் தூரம் குறைவதால், மின் நுகர்வும் குறைகிறது.
சிறந்த வெப்ப மேலாண்மை: வெப்பத்தை திறம்பட வெளியேற்ற முடியும்.
செயல்பாட்டுத் திறன் மேம்பாடு: வெவ்வேறு செயல்பாடுகளை வெவ்வேறு அடுக்குகளில் பிரித்து செய்வதன் மூலம், ஒட்டுமொத்த செயல்பாட்டுத் திறன் (Functional efficiency) மேம்படும்.

3D ICகளின் வகைகள்

3D ICகளை உருவாக்கும் பல்வேறு முறைகள் உள்ளன. அவற்றில் சில முக்கியமானவை:

3D ICகளின் வகைகள்
வகை	விளக்கம்	நன்மைகள்	தீமைகள்
Wire Bonding	சிறிய சில்லுகளை (Dies) ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்க கம்பிப் பிணைப்புகளைப் பயன்படுத்துதல்.	எளிய முறை, குறைந்த செலவு	குறைந்த அடர்த்தி, குறைந்த செயல்திறன்		Flip-Chip Bonding	சில்லுகளை தலைகீழாக மாற்றி இணைத்தல்.	அதிக அடர்த்தி, மேம்பட்ட செயல்திறன்	அதிக செலவு, சிக்கலான உற்பத்தி		Through-Silicon Vias (TSV)	சில்லுகளின் வழியே துளைகள் உருவாக்கி, அதன் மூலம் இணைத்தல்.	மிக அதிக அடர்த்தி, சிறந்த செயல்திறன்	அதிக செலவு, சிக்கலான தொழில்நுட்பம்		Wafer-to-Wafer Bonding	இரண்டு முழு சில்லுத் தாள்களை (wafers) நேரடியாக இணைத்தல்.	அதிக அடர்த்தி, சிறந்த வெப்ப மேலாண்மை	அதிக செலவு, துல்லியமான சீரமைப்பு தேவை		Die-to-Die Bonding	தனிப்பட்ட சில்லுகளை நேரடியாக இணைத்தல்.	அதிக நெகிழ்வுத்தன்மை, குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது	குறைந்த உற்பத்தி திறன்

3D ICகளின் பயன்பாடுகள்

3D ICகள் பல்வேறு துறைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

நினைவகச் சுற்றுகள் (Memory Chips): DRAM மற்றும் NAND Flash போன்ற நினைவகச் சுற்றுகளில் 3D IC தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது அதிக சேமிப்புத் திறனை வழங்குகிறது. HBM (High Bandwidth Memory) இதற்கு ஒரு சிறந்த உதாரணம்.
செயலி (Processors): CPU மற்றும் GPU போன்ற செயலிகளில் 3D ICகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது.
மொபைல் சாதனங்கள்: சிறிய அளவு மற்றும் குறைந்த மின் நுகர்வு காரணமாக, 3D ICகள் ஸ்மார்ட்போன்கள் (Smartphones) மற்றும் டேப்லெட்களில் (Tablets) பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
மருத்துவ உபகரணங்கள்: சிறிய மற்றும் சக்திவாய்ந்த மருத்துவ உபகரணங்களை உருவாக்க 3D ICகள் உதவுகின்றன.
விண்வெளி மற்றும் பாதுகாப்பு: அதிக நம்பகத்தன்மை மற்றும் செயல்திறன் தேவைப்படும் விண்வெளி மற்றும் பாதுகாப்பு பயன்பாடுகளில் 3D ICகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
செயற்கை நுண்ணறிவு (Artificial Intelligence): AI மற்றும் Machine Learning பயன்பாடுகளுக்கு தேவையான அதிக கணக்கீட்டு திறனை வழங்குகிறது.

3D ICகளின் உற்பத்தி செயல்முறை

3D ICகளின் உற்பத்தி செயல்முறை பல சிக்கலான படிகளைக் கொண்டுள்ளது:

1. சில்லு தயாரித்தல்: முதலில், தேவையான சர்க்யூட் வடிவமைப்பு (Circuit design) மூலம் சில்லுகள் தயாரிக்கப்படுகின்றன. 2. TSV உருவாக்கம்: TSV தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தினால், சில்லுகளில் துளைகள் உருவாக்கப்பட்டு, உலோகத்தால் நிரப்பப்படுகின்றன. 3. அடுக்கு அடுக்காக இணைத்தல்: சில்லுகள் ஒன்றுடன் ஒன்று அடுக்கப்பட்டு, பிணைப்பு (Bonding) மூலம் இணைக்கப்படுகின்றன. 4. சோதனை மற்றும் தரம் உறுதி: இறுதியாக, 3D ICகள் முழுமையாக சோதிக்கப்பட்டு, தரம் உறுதி செய்யப்படுகிறது.

3D ICகளில் உள்ள சவால்கள்

3D IC தொழில்நுட்பம் பல நன்மைகளை வழங்கினாலும், சில சவால்களும் உள்ளன:

உயர் உற்பத்தி செலவு: 3D ICகளின் உற்பத்தி செலவு 2D ICகளை விட அதிகம்.
வெப்ப மேலாண்மை: அதிக அடர்த்தி காரணமாக வெப்பத்தை திறம்பட வெளியேற்றுவது கடினம்.
சீரமைப்பு சிக்கல்கள்: அடுக்குகளை துல்லியமாக சீரமைப்பது மிகவும் முக்கியம்.
சோதனை சிக்கல்கள்: 3D ICகளை சோதிப்பது மிகவும் சிக்கலானது.
புதிய பொருட்கள் மற்றும் தொழில்நுட்பங்கள்: 3D ICகளின் செயல்திறனை மேம்படுத்த புதிய பொருட்கள் மற்றும் தொழில்நுட்பங்கள் தேவை.

எதிர்கால வாய்ப்புகள்

3D IC தொழில்நுட்பத்தில் தொடர்ந்து ஆராய்ச்சிகள் நடைபெற்று வருகின்றன. எதிர்காலத்தில், இந்த தொழில்நுட்பம் மேலும் மேம்பட்டு, பல்வேறு புதிய பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

Monolithic 3D ICs: ஒரே சில்லு மீது அடுக்குகளை உருவாக்குதல், இது அதிக அடர்த்தி மற்றும் செயல்திறனை வழங்கும்.
Heterogeneous Integration: வெவ்வேறு செயல்பாடுகளைக் கொண்ட சில்லுகளை ஒருங்கிணைத்தல், இது அதிக நெகிழ்வுத்தன்மையை வழங்கும்.
Chiplets: சிறிய, தனித்தனி சில்லுகளை இணைத்து பெரிய, சிக்கலான சுற்றுகளை உருவாக்குதல்.
Advanced Packaging: மேம்பட்ட பேக்கேஜிங் தொழில்நுட்பங்கள் 3D ICகளின் செயல்திறனை அதிகரிக்கும்.

தொடர்புடைய உத்திகள், தொழில்நுட்ப பகுப்பாய்வு மற்றும் அளவு பகுப்பாய்வு

சர்க்யூட் வடிவமைப்பு (Circuit Design)
சிக்னல் ஒருமைப்பாடு (Signal Integrity)
மின் வெப்ப பகுப்பாய்வு (Electrothermal Analysis)
நம்பகத்தன்மை பொறியியல் (Reliability Engineering)
செயல்திறன் மாதிரி (Performance Modeling)
உற்பத்தி செலவு பகுப்பாய்வு (Manufacturing Cost Analysis)
சந்தை பகுப்பாய்வு (Market Analysis)
போட்டி பகுப்பாய்வு (Competitive Analysis)
Risk Assessment
Supply Chain Management
Design for Testability (DFT)
Design for Manufacturability (DFM)
Power Analysis
Timing Analysis
Physical Verification

மேலும் தகவலுக்கு