A miniaturização de dispositivos eletrônicos progrediu regularmente desde a invenção do circuito integrado em 1950. Os muitos desafios ao longo dos anos foram superados por avanços nas tecnologias de fabricação de semicondutores. Eventualmente, espera-se que o processo de miniaturização atinja o seu limite, de fato elementos básicos da tecnologia atual de processamento tem mostrado sinais de desgaste.
Naturalmente, várias idéias surgiram para superar os atuais desafios da miniaturização. Algumas envolvem a reformulação de um dispositivo ou um processo, enquanto outras envolvem o aperfeiçoamento da tecnologia atual de processamento. Dependendo do caminho escolhido, o custo de implementação pode ser inconveniente para uma rápida adoção da tecnologia pela indústria. Uma nova fábrica de semicondutores pode demandar investimentos na altura de dois bilhões de dólares. É improvável que qualquer indústria esteja disposta a investir, a curto e médio prazo, para o desenvolvimento de tecnologias não compatíveis com a sua planta atual.
A integração em 3D é uma solução equilibrada. Ela apresenta possibilidades de um aumento na integração de dispositivos em todos os sentidos: miniaturização dos dispositivos, menor consumo de energia e maior velocidade. Existem diversas abordagens para a produção de um dispositivo 3D, mas a maioria baseia-se na construção de uma via através do silício (through silicon via, TSV) para ligar eletricamente os dispositivos ao longo da terceira dimensão. A fabricação de um TSV é complexa, principalmente devido ao seu tamanho. Dentre as etapas necessárias para o processamento encontram-se a criação de estruturas com alta razão de aspecto, redução da espessura do wafer e várias deposições de filmes finos. Um problema em particular com os TSVs é a estabilidade mecânica da estrutura e do seu entorno. Tal estrutura de metal no meio de um circuito integrado tende a originar um grande nível de estresse durante o funcionamento e o processamento do dispositivo devido a variações de temperatura.
Neste trabalho, uma extensa análise dos aspectos mecânicos do TSV é realizada por meio de simulações. Uma investigação dos efeitos mecânicos em macro escala do TSV em seus arredores é realizada. Em seguida, a via é analisada localmente, considerando diferentes cenários de processamento e manuseio. Por fim, os efeitos microestruturais são estudados para a formação da tensão residual durante o crescimento de metais no TSV. O principal objetivo é fornecer uma caracterização completa da estabilidade mecânica do TSV, desde seus efeitos sobre o integrado até a fabricação da via. Uma coleção de técnicas de simulação e modelos são desenvolvidos e apresentados como a principal contribuição deste trabalho.