У развіцці тэхналогіі ўпакоўкі паўправаднікоў вертыкальныя міжзлучэнні заўсёды былі ключавым фактарам, які вызначаў прадукцыйнасць сістэмы, яе памер і спажыванне энергіі. Ад ранніх тэхналогій злучэння правадоў і пераключэння крышталяў да з'яўлення трохмерных шматслаёвых інтэгральных схем, галіна шукала рашэнні для міжзлучэнняў з большай шчыльнасцю і карацейшымі памерамі.
У гэтым кантэксце TSV (Through Silicon Via) і TGV (Through Glass Via) сталі дзвюма асноўнымі тэхналогіямі вертыкальнага злучэння. Яны адрозніваюцца матэрыяльнымі сістэмамі, вытворчымі працэсамі, характарыстыкамі эксплуатацыі і абласцямі прымянення, што з'яўляецца ключавым момантам у распрацоўцы ўпакоўкі наступнага пакалення.
I. TSV: Піянер 3D-упакоўкі
1. Тэхнічны прынцып
TSV адносіцца да пераходных адтулін з высокім каэфіцыентам бакоў, пратраўленых праз крэмніевую падкладку (звычайна глыбінёй ад дзясяткаў да соцень мікрон), пасля чаго на сценках пераходных адтулін фарміруецца ізаляцыйны пласт, пласт металічнага зародка і металічная заліўка (звычайна медзь). Гэтыя вертыкальныя пераходныя адтуліны дазваляюць хуткасна ўстанаўліваць электрычныя злучэнні паміж пластамі чыпаў.
2. Паток працэсу
Тыповы працэс вырабу TSV ўключае ў сябе:
Глыбокае травленне крэмнію (DRIE): стварэнне пераходных адтулін з высокім суадносінамі бакоў у крэмніевай пласціне.
Нанясенне ізаляцыйнага пласта: звычайна гэта SiO₂, нанесены метадам PECVD, для электрычнай ізаляцыі металічнай запаўняльнай масы ад крэмніевай падкладкі.
Нанясенне пласта пачатковага матэрыялу і гальванізацыя: нанясенне пласта металічнага пачатковага матэрыялу метадам PVD з наступным гальванічным нанясеннем медзі.
Хіміка-механічная паліроўка (ХМП): выдаленне лішняга металу для дасягнення роўнай паверхні.
3. Перавагі і абмежаванні
TSV прапануе надзвычай кароткія шляхі ўзаемасувязі, нізкую затрымку сігналу, нізкае энергаспажыванне і высокую прапускную здольнасць, што робіць яго крытычна важным кампанентам для высокапрадукцыйных вылічэнняў і памяці з высокай прапускной здольнасцю.
Аднак TSV таксама мае абмежаванні:
Праблемы з цеплавым напружаннем: вялікая разыходжанне ў КТР паміж крэмніем і меддзю можа знізіць надзейнасць.
Высокі кошт працэсу: глыбокае травленне, гальваніка і CMP з'яўляюцца складанымі і ўлічваюць прыбытак.
Праблемы з электрычнай ізаляцыяй: таўшчыня і аднастайнасць ізаляцыйнага пласта непасрэдна ўплываюць на дыэлектрычную трываласць.
Па меры павелічэння шчыльнасці інтэграцыі чыпаў, канфлікты паміж прыбытковасцю і коштам прывялі да пошуку альтэрнатыўных матэрыялаў, што стварыла магчымасці для TGV.
II. TGV: Інавацыі ў галіне шкляных злучэнняў
1. Тэхнічны прынцып
TGV выкарыстоўвае шкляныя падкладкі замест крэмнію. Высокадакладныя пераходныя адтуліны фармуюцца з дапамогай лазернага свідравання або мокрага травлення, а затым наносяцца металічны пласт-зародак і наносіцца гальваніка, што дазваляе дасягнуць вертыкальных злучэнняў, падобных да TSV.
Шкло забяспечвае выдатную электрычную ізаляцыю, нізкую дыэлектрычную пранікальнасць (Dk), нізкія дыэлектрычныя страты (Df) і выдатную стабільнасць памераў, што робіць TGV вельмі прывабным для хуткаснай перадачы сігналаў і оптаэлектроннай упакоўкі.
2. Паток працэсу
Ключавыя этапы вырабу TGV ўключаюць:
Лазернае свідраванне: звышхуткія лазеры ўтвараюць мікраадтуліны ў шкле дыяметрам, які звычайна складае ад 20 да 150 мкм.
Нанясенне пачатковага пласта: PVD, напрыклад, магнетроннае распыленне, наносіць аднастайны праводзячы пласт на сценкі пераходных адтулін.
Гальваніка металу: медь або нікель-медны сплаў запаўняюць адтуліны для ўтварэння электрычных злучэнняў праз шкло.
Планарызацыя і фарміраванне шаблонаў: дазваляе ствараць шматслаёвыя міжзлучэнні або злучаць іх з мікрасхемамі.
3. Перавагі
У параўнанні з TSV, TGV мае некалькі пераваг:
Нізкія дыэлектрычныя страты: Dk шкла складае прыкладна на 1/3 ад крэмнію, што памяншае перакрыжаваныя перашкоды і ўносныя страты сігналу.
Выдатная тэрмаўстойлівасць: КТР блізкі да металаў, што мінімізуе тэрмічнае напружанне.
Аптычная празрыстасць: падтрымлівае оптаэлектронную інтэграцыю ў фатоніку і датчыкі.
Кантраляваны кошт: лазернае свідраванне і апрацоўка шкла ўдасканальваюцца і падыходзяць для вытворчасці панэляў вялікай плошчы.
III. TSV супраць TGV: параўнанне і вобласці прымянення
| Пункт | TSV (праз крэмніевы канал) | TGV (скразны шкляны цягнік) |
| Субстрат | Монакрышталічны крэмній | Спецыяльнае шкло (Borofloat, Corning, Schott і г.д.) |
| Дыяметр адтуліны | 5–50 мкм | 20–150 мкм |
| Глыбіня адтуліны | 30–100 мкм | 100–400 мкм |
| Ізаляцыя | Патрабуецца дадатковы ізаляцыйны пласт | Шкло з унутранай ізаляцыяй |
| Супастаўленне каэфіцыента цеплавога пашырэння | Істотныя адрозненні ў параўнанні з Cu | Падобна да Cu, нізкая тэрмічная нагрузка |
| Кошт працэсу | Высокі | Адносна ніжэй |
| Прыкладанні | Логіка/памяць 3D-стэкінг | SiP, датчыкі, оптаэлектронная ўпакоўка, антэны, MEMS |
TSV застаецца асноўным выбарам для высокапрадукцыйнай логікі і трохмернага стэкавання памяці, у той час як TGV хутка пашыраецца ў SiP, оптаэлектроннай інтэграцыі, датчыках і радыёчастотных прыладах.
Паколькі памеры шкляной падложкі дасягаюць узроўню панэляў (PLP), TGV становіцца ідэальнай платформай для ўзаемадзеяння 5G-сувязі, аўтамабільных радараў, оптыкі дапоўненай рэальнасці і міні-/мікра-святлодыёдных корпусаў.
IV. Ад крэмнію да шкла: перавагі на ўзроўні сістэмы
Увядзенне шкла — гэта не проста замена матэрыялу; яно ўяўляе сабой зрух у філасофіі дызайну на сістэмным узроўні.
Электрычныя характарыстыкі: шкло з нізкім Dk значна зніжае затрымку сігналу і спажыванне энергіі.
Структурная цэласнасць: TGV забяспечвае больш высокую планарнасць і меншую дэфармацыю для ўпакоўкі вялікай плошчы.
Гнуткасць вытворчасці: лазерная апрацоўка ў спалучэнні з вакуумным PVD забяспечвае высокую сумяшчальнасць з працэсамі і маштабаванасць.
У прыватнасці, для оптаэлектроннай інтэграцыі аптычная празрыстасць шкла дазваляе ствараць канструкцыі ўпакоўкі, дзе падкладка падтрымлівае не толькі электрычныя злучэнні, але і хваляводы, лінзы і вокны датчыкаў, чаго цяжка дасягнуць з TSV.
Раствор для пакрыцця насення вакуумным пластом V. ZhenHua TGV
Перавагі абсталявання:
Аптымізацыя глыбокага пакрыцця пераходных адтулін: запатэнтаваная тэхналогія глыбокага пакрыцця пераходных адтулін, здольная апрацоўваць пераходныя адтуліны памерам да 30 мкм з суадносінамі бакоў >10:1, вырашаючы складаныя праблемы з глыбокімі пераходнымі адтулінамі.
Наладжваецца пад розныя памеры: падтрымлівае шкляныя падкладкі, у тым ліку 600×600 мм, 510×515 мм або больш.
Гнуткасць працэсу: сумяшчальнасць з Cu, Ti, Ni, Pt і іншымі праводзячымі або функцыянальнымі тонкімі плёнкамі для задавальнення розных патрабаванняў да электрычнай і каразійнай устойлівасці.
Стабільная прадукцыйнасць і простае абслугоўванне: абсталяваны інтэлектуальным кіраваннем для аўтаматычнай рэгулявання параметраў і маніторынгу аднастайнасці таўшчыні ў рэжыме рэальнага часу; модульная канструкцыя спрашчае абслугоўванне і скарачае час прастою.
Сфера прымянення: Падыходзіць для ўдасканаленай упакоўкі TGV/TSV/TMV, дасягаючы глыбокага пакрыцця праз пласт насення з суадносінамі бакоў 10:1.
— Гэты артыкул быў апублікаваныабсталяванне для вакуумнага нанясення пакрыццяў вытворца Zhenhua Vacuum
Час публікацыі: 16 кастрычніка 2025 г.