3D TSV 设备市场 – 全球行业规模、份额、趋势、机遇和预测，按产品（内存、MEMS、CMOS 图像传感器、成像和光电以及先进的 LED 封装）、应用（消费电子领域、信息和通信技术领域、汽车领域、军事、航空航天和国防部门）、地区和竞争情况划分，2018 年至 2028 年

市场概览

2022 年全球 3D TSV 设备市场价值为 76.8 亿美元，预计在预测期内将实现强劲增长，到 2028 年的复合年增长率为 5.93%。对电子设备小型化的需求不断增长推动了 3D TSV 市场的增长。这些产品可以通过异质系统集成实现，从而提供更可靠的先进封装。借助极小的 MEMS 传感器和 3D 封装电子产品，人们几乎可以将传感器放置在任何地方，并可以实时监控恶劣环境中的设备，以帮助提高可靠性和正常运行时间。

动态随机存取存储器 (DRAM) 中的 3D TSV 将每一位数据存储在集成电路内单独的微型电容器中，推动了 3D TSV 市场的增长。美光的 3D DRAM 采用重新架构的 DRAM，在功率和时序方面实现了显著改进，有助于开发先进的热模型。

关键市场驱动因素

小型化和更高性能要求

小型化和更高性能要求是推动全球 3D TSV（硅通孔）设备市场增长的基本驱动因素。这一动态是技术发展的核心，影响着从消费电子到数据中心等各个行业。在消费电子领域，人们对更时尚、更紧凑但功能强大的设备有着无尽的需求。消费者要求智能手机、平板电脑和可穿戴设备不仅外观美观，而且还能处理日益复杂的任务。这种需求促使制造商寻求创新解决方案，而 3D TSV 技术已成为游戏规则的改变者。通过垂直堆叠多个芯片，TSV 使制造商能够显着减少设备的物理占用空间，同时提高其性能。这种完美的协同效应满足了消费者对风格和实质的双重需求。

这一趋势不仅局限于消费电子产品，还延伸到了数据中心，那里对处理能力和内存容量的需求无止境。随着企业努力应对不断增长的数据量和快速分析的需求，3D TSV 设备的重要性变得显而易见。这些设备能够堆叠内存和处理组件，从而提高内存密度和带宽。在空间非常宝贵且能源效率至关重要的数据中心，3D TSV 的紧凑外形和低功耗被证明是无价之宝。

此外，高性能计算 (HPC) 和人工智能 (AI) 应用越来越依赖 3D TSV 技术。这些领域需要卓越的计算能力，而 3D TSV 有助于集成 GPU 和 FPGA 等专用芯片，以实现无与伦比的处理能力。总之，小型化和更高性能的要求不仅仅是趋势，也是我们技术驱动的世界中持久的期望。全球 3D TSV 设备市场不仅满足了这些期望，还推动了电子、数据处理和人工智能领域的创新。随着对更小、更强大、更节能的设备的需求不断激增，3D TSV 技术成为推动进步的关键推动因素，确保我们的设备在掌中尺寸合适的情况下变得越来越智能、功能越来越强大。

对内存解决方案的需求不断增加

对内存解决方案的需求不断增加是推动全球 3D TSV（硅通孔）设备市场增长的强大力量。这种需求受到多种因素的推动，包括数字时代的数据爆炸式增长、云计算的增长以及消费电子产品的日益复杂化。内存解决方案需求最重要的驱动因素之一是现代社会以数据为中心的特性。在线流媒体、社交媒体、电子商务和物联网设备等活动的推动下，我们正在以前所未有的速度生成和消费数据。这些数据需要高效存储和处理，而 3D TSV 技术提供了一种极具吸引力的解决方案。通过使用 TSV 垂直堆叠内存模块，制造商可以在较小的物理占用空间内显著提高内存密度。这对于数据中心和服务器群来说尤其重要，因为这些地方空间非常宝贵，而能源效率是重中之重。

云计算是许多在线服务和应用的基础，它严重依赖内存解决方案来提供对数据和应用的快速访问。3D TSV 设备使云提供商能够通过在服务器机架中装入更多内存容量来优化其数据中心基础设施。这不仅可以提高云服务的性能，还可以通过减少物理空间和功耗来降低运营成本。此外，智能手机、平板电脑和游戏机等消费电子产品的内存占用越来越大。消费者希望设备具有足够的存储容量来存储照片、视频、应用和游戏。3D TSV 技术使制造商能够在这些设备中整合更多内存，同时保持纤薄的外形尺寸。这在竞争激烈的消费电子市场中尤为重要，因为该市场对轻薄、高性能的设备需求旺盛。

此外，随着汽车的联网和自动化程度越来越高，汽车行业对内存的需求也在激增。3D TSV 设备可以满足高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和车载娱乐系统的需求，同时提高安全性和用户体验。总之，对内存解决方案的需求不断增长是一个涉及各种行业和应用的多方面驱动因素。3D TSV 技术通过提供更高的内存密度、更高的带宽和节省空间的解决方案，在满足这些需求方面发挥着关键作用。随着我们对数据和内存密集型应用的依赖不断增长，全球 3D TSV 设备市场已准备好持续扩张。

高性能计算 (HPC) 和人工智能应用

高性能计算 (HPC) 和人工智能 (AI) 应用有望成为推动全球 3D TSV（硅通孔）设备市场增长的重要驱动力。这些变革性技术对计算能力、内存带宽和能源效率有着无尽的需求，而 3D TSV 技术则显著增强了这些需求。在 HPC 领域，复杂的模拟、科学研究和数据分析需要巨大的计算能力，3D TSV 设备正变得不可或缺。这些设备支持在单个封装内垂直堆叠多个芯片，包括高性能处理器和内存模块。这种集成具有多种优势，包括缩短互连长度，从而加快数据传输速度并降低延迟。对于 HPC 应用来说，微秒的差别就足以产生影响，而通信开销的减少将改变游戏规则。此外，3D TSV 提供的更高内存密度和带宽有助于加快数据访问速度，这对于处理海量数据集和高效执行复杂计算至关重要。

包括机器学习和深度学习在内的人工智能应用是采用 3D TSV 技术的另一个驱动力。人工智能模型的训练涉及大量数据和复杂的矩阵计算。为了加速这些操作，GPU 和 TPU 等专用硬件与传统 CPU 一起集成。3D TSV 实现了这些组件的紧密耦合，减少了数据传输瓶颈并提高了人工智能训练的整体效率。此外，3D TSV 设备的紧凑外形符合边缘计算和自主系统中人工智能部署的需求，这些系统中空间限制很常见。此外，随着人工智能在从医疗保健到自动驾驶汽车等各个行业的应用，对配备 3D TSV 的设备的需求有望在多个领域增长。

总之，HPC 和 AI 应用处于技术进步的前沿，而 3D TSV 技术是其持续发展的推动者。在紧凑的外形中堆叠高性能芯片和内存的能力不仅可以提高计算能力，而且还有助于提高能源效率，这是这些耗电领域的关键考虑因素。随着这些技术变得越来越普及，全球 3D TSV 设备市场已准备好实现持续增长，支持广泛应用领域的创新和效率。

主要市场挑战

复杂的制造工艺

与 3D TSV（硅通孔）设备相关的复杂制造工艺对全球 3D TSV 设备市场的广泛采用和增长构成了重大障碍。这些复杂的工艺需要多个步骤和复杂的技术，这可能会影响生产效率、增加成本并给制造商带来挑战。技术复杂性：3D TSV 设备的制造涉及多个复杂的工艺，包括薄晶圆处理、晶圆键合、TSV 蚀刻、背面减薄和微加工。每个步骤都需要专门的设备、材料和专业知识。这些工艺的复杂性使其更容易出现错误和挑战，需要熟练的人员和细致的质量控制。

资本密集型设备：建立 3D TSV 制造工厂需要在专用机械和设备上进行大量投资。资本支出可能是小公司或初创公司进入该领域的重大障碍，限制了市场竞争和创新。此外，这些机器的持续维护和升级也会增加运营成本。材料和供应链：3D TSV 工艺需要特定的材料，包括先进的硅晶圆、介电材料和键合材料。确保这些材料的可靠供应链至关重要，任何中断都可能导致生产延迟和成本增加。

产量管理：实现高产量（无缺陷设备的百分比）在半导体制造中至关重要。由于 3D TSV 工艺的复杂性，确保始终如一的高产量率可能具有挑战性。有缺陷的设备会导致生产成本增加、资源浪费和产品交付延迟。制造商必须投资严格的质量控制和缺陷检测系统，以最大限度地减少产量损失。工艺变化：制造工艺的变化会导致产品质量不一致。这在可靠性和性能至关重要的行业（例如航空航天和汽车）中尤为重要。管理和减少工艺变化需要持续监控和优化。

上市时间：3D TSV 制造工艺的复杂性可能导致更长的开发周期和上市时间。在消费电子和电信等快速发展的行业中，产品上市延迟可能会损害公司的竞争力。扩大生产规模的挑战：扩大生产规模以满足不断增长的需求，同时保持质量和一致性可能具有挑战性。随着产量的增长，制造商必须找到优化流程和控制成本的方法。

知识产权保护：保护半导体行业的知识产权至关重要。然而，3D TSV 工艺的复杂性可能使保护专有技术和设计变得困难。为了克服这些挑战，该行业继续投资于旨在简化制造流程、提高良率和降低成本的研发工作。行业参与者之间的合作和标准化流程的开发也有助于缓解这些障碍。虽然 3D TSV 制造的复杂性仍然是一个重大挑战，但性能和小型化方面的潜在优势继续推动该领域的创新和投资。

成本和收益管理

成本和收益管理是全球 3D TSV（硅通孔）设备市场面临的重大挑战，对制造商的广泛采用和盈利能力构成潜在障碍。这些挑战错综复杂，影响着行业的各个方面。制造成本高：3D TSV 市场面临的主要挑战之一是制造成本高昂。该过程涉及多个复杂步骤，包括薄晶圆处理、晶圆键合、TSV 蚀刻和背面减薄，每个步骤都需要专门的设备和材料。建立 3D TSV 制造设施所需的初始资本支出相当可观，这阻碍了一些公司进入该市场。这些高昂的制造成本还可能导致 3D TSV 设备价格上涨，从而可能限制其在成本敏感型市场的采用。

收益管理：实现 3D TSV 生产的高收益率对于成本效益至关重要。收益是指生产运行中无缺陷设备的百分比。鉴于制造过程的复杂性，确保始终如一的高收益可能具有挑战性。有缺陷的设备会导致资源浪费、生产成本增加，并可能延迟上市时间。制造商必须投资严格的质量控制措施和缺陷检测系统，以最大限度地减少收益损失。任何与产量相关的问题都可能侵蚀利润率并阻碍市场竞争力。规模经济：扩大生产规模时，与成本和产量相关的挑战会加剧。随着对 3D TSV 设备的需求增加，制造商必须找到在生产更多产品的同时保持高产量的方法。由于 3D TSV 制造的复杂性，实现规模经济（通常可降低单位生产成本）可能具有挑战性。

技术进步：半导体行业的特点是技术进步迅速。随着技术的发展，制造商需要不断投资研发以提高产量并降低生产成本。落后于技术创新可能会使公司处于竞争劣势。竞争压力：在竞争激烈的市场中，公司面临着以有竞争力的价格提供创新产品的压力。无法有效管理成本的制造商可能难以与提供低价替代品的竞争对手竞争。

为了应对这些挑战，业界积极开展研发工作，旨在简化 3D TSV 制造流程、提高成品率并降低生产成本。业内参与者之间的合作和标准化流程的开发也有助于缓解这些挑战。此外，随着市场成熟和更多制造商进入 3D TSV 领域，规模经济和竞争加剧可能会降低成本。尽管存在这些挑战，3D TSV 技术的潜在优势（例如性能提升和小型化）仍继续推动该领域的投资和创新。

主要市场趋势

在 AI 和 HPC 中的作用日益增强

3D TSV（硅通孔）设备在 AI（人工智能）和 HPC（高性能计算）应用中的作用日益增强，这是推动全球 3D TSV 设备市场发展的关键驱动力。这些技术需要卓越的计算能力、内存带宽和能源效率，而 3D TSV 技术的独特功能显著增强了这些能力。加速 AI 工作负载：包括机器学习和深度学习在内的 AI 依赖于大量数据和复杂的数学计算。 3D TSV 设备通过将 GPU（图形处理单元）和 TPU（张量处理单元）等专用组件与传统 CPU 集成，有助于加速 AI 工作负载。这种集成有助于并行处理并减少数据传输瓶颈，从而缩短 AI 模型训练时间并提高推理性能。

内存带宽增强：AI 和 HPC 应用程序需要访问大容量、高带宽内存。3D TSV 技术可实现内存模块的垂直堆叠，从而提高内存密度和带宽。此功能对于处理海量数据集和在 HPC 和 AI 研究中进行复杂模拟尤为重要。边缘 AI 的能源效率：边缘 AI 涉及在网络边缘设备上进行 AI 处理，由于功率限制，需要节能解决方案。3D TSV 设备通过减少组件之间的距离并最大限度地减少数据传输过程中的能源浪费来优化功耗。这使得它们非常适合在自动驾驶汽车和物联网设备等应用中部署边缘 AI。

空间优化：AI 和 HPC 系统通常需要大量计算资源，而节省空间的解决方案至关重要，尤其是在数据中心和研究环境中。3D TSV 技术可以在较小的占用空间内密集封装处理单元、内存和加速器，使其成为空间受限环境的理想选择。定制硬件：AI 和 HPC 通常需要专门的硬件配置才能实现最佳性能。3D TSV 设备允许定制芯片配置，从而能够根据 AI 和 HPC 工作负载的需求集成特定的硬件组件。并行处理能力：3D TSV 设备的并行处理能力非常适合涉及矩阵乘法和神经网络运算的 AI 任务。这种并行性提高了 AI 模型训练和执行的速度和效率。

新兴 AI 应用：随着 AI 的不断发展，自然语言处理、计算机视觉和 AI 驱动的机器人等新应用正在涌现。这些应用需要 3D TSV 设备能够提供的计算能力和内存容量。总之，3D TSV 设备在 AI 和 HPC 应用中日益重要的作用与对高性能、节能计算解决方案日益增长的需求相一致。3D TSV 技术通过实现高级芯片集成、内存增强和能源效率来满足这些领域的关键需求，使其成为 AI 和 HPC 技术持续进步的关键推动因素。随着 AI 和 HPC 应用在各个行业的普及，全球 3D TSV 设备市场将蓬勃发展，支持这些领域的创新和突破。

物联网设备的扩展

物联网 (IoT) 设备的扩展有望成为推动全球 3D TSV (硅通孔) 设备市场增长的重要驱动力。物联网代表着连接和自动化各种设备和系统的变革力量，3D TSV 技术在支持这个蓬勃发展的生态系统的需求方面变得越来越重要。物联网传感器的小型化：物联网设备通常需要大量传感器、通信模块和处理单元才能有效运行。这些组件需要紧凑且节能，才能无缝融入各种物联网应用，从智能家居设备到工业传感器。3D TSV 技术实现了这些组件的垂直集成，减少了物联网设备的物理占用空间，同时增强了其功能。

能源效率：物联网设备通常由电池供电或电源使用受限。能源效率对于延长这些设备的使用寿命和减少维护要求至关重要。3D TSV 设备可以通过减少组件之间的互连长度来最大限度地降低功耗，使其非常适合物联网应用，其中功率效率是关键考虑因素。高集成度：物联网应用需要高集成度，以在有限的空间内容纳多种功能。3D TSV 技术允许在单个封装中堆叠具有不同功能的芯片，例如传感器、微控制器和无线通信模块。这种集成简化了物联网设备的设计并提高了其性能。

高级通信：物联网依赖于设备和网络之间高效的数据传输和通信。3D TSV 设备可以将高级通信组件（如 RF（射频）芯片）直接集成到设备的封装中，从而实现可靠、高速的无线连接。定制和多功能性：物联网应用的多样性要求定制以满足特定需求。3D TSV 技术允许灵活集成各种组件，从而更容易为特定应用定制物联网设备，无论是环境监测、医疗保健还是工业自动化。

市场增长：物联网市场继续在各个行业迅速扩张，包括医疗保健、农业、智慧城市和工业自动化。这种增长推动了对能够提供所需性能、小型化和能源效率的 3D TSV 设备的需求。新兴用例：随着物联网技术的发展，出现了新的用例，例如边缘计算，其中数据在物联网设备内本地处理。 3D TSV 设备非常适合这些新兴应用，因为它们可以在紧凑的外形中容纳强大的处理器和内存组件。

总之，物联网设备的扩展是全球 3D TSV 设备市场的强大驱动力。通过满足物联网应用的特定要求，3D TSV 技术使制造商能够制造更小、更节能、高度集成的设备。随着物联网继续渗透到各个领域，对 3D TSV 设备的需求预计将上升，进一步巩固其在塑造联网设备和系统未来方面的作用。

细分洞察

产品洞察

预计 LED 封装细分市场将在预测期内占据市场主导地位。发光二极管 (LED) 在产品中的使用越来越多，促进了更高功率、更大密度和更低成本设备的发展。与二维封装不同，使用三维 (3D) 封装硅通孔 (TSV) 技术可以实现高密度垂直互连。

TSV 集成电路缩短了连接长度，因此需要更小的寄生电容、电感和电阻，从而有效地实现单片和多功能集成，从而提供高速低功耗互连。底部带有薄硅膜的嵌入式设计优化了热接触，从而最大限度地降低了热阻。硅通孔 (TSV) 为表面贴装器件提供电接触，镜面侧壁可提高封装反射率并提高光效率。

SUSS AltaSpray 技术能够涂覆 90° 角、KOH（氢氧化钾）蚀刻腔、硅通孔 (TSV) 的集成，范围从几微米到 600μm 或更大。能够在 TSV 等严苛地形上生产保形抗蚀剂涂层的能力使其成为 LED 晶圆级封装的理想选择，从而促进了市场增长。

区域洞察

预计亚太地区将在预测期内占据市场主导地位。亚太地区是增长最快的市场，因为该地区的国家（如中国、日本、韩国、印度尼西亚、新加坡和澳大利亚）在消费电子、汽车和运输领域的制造业水平很高，这是 3D TSV 市场的主要需求来源。

亚太地区也是世界上最活跃的制造业中心之一。智能手机的日益普及和对新内存技术的需求推动了计算密集型消费电子产品的增长，从而为该地区创造了广泛的机会。由于硅晶圆被广泛用于制造智能手机，5G技术的引入预计将推动5G智能手机的销量，这可能会推动电信行业的市场增长。

最新进展

• 2019年10月 - 三星开发出业界首个用于DRAM产品的12层3D封装。该技术使用TSV为高端显卡、FPGA和计算卡等应用创建高容量高带宽内存设备。
• 2019年4月 - 台积电认证了ANSYS (ANSS) 解决方案，以支持其创新的集成芯片系统 (TSMC-SoIC) 先进3D芯片堆叠技术。SoIC是一种先进的互连技术，用于在系统级集成上使用硅通孔 (TSV) 和晶圆芯片键合工艺进行多芯片堆叠，使客户能够为高度复杂和复杂的应用提供更高的功率效率和性能。要求严格的云和数据中心应用程序。

主要市场参与者

• 台湾半导体制造有限公司 (TSMC)
• 三星集团
• 东芝公司
• Pure Storage Inc.
• ASE 集团
• Amkor Technology
• 联合微电子公司
• STMicroelectronics NV
• Broadcom Ltd
• 英特尔公司