В еволюцията на технологията за опаковане на полупроводници, вертикалните взаимовръзки винаги са били ключов фактор, определящ производителността на системата, заеманата площ и консумацията на енергия. От ранните техники за свързване на проводници и обръщане на чипове до появата на 3D подредени интегрални схеми, индустрията търси решения за взаимовръзки с по-висока плътност и по-къси връзки.
В този контекст, TSV (Through Silicon Via - през силициев канал) и TGV (Through Glass Via - през стъклен канал) се очертаха като две основни технологии за вертикално свързване. Те се различават по материални системи, производствени процеси, характеристики на производителност и области на приложение, представлявайки ключов момент в разработването на опаковки от следващо поколение.
I. TSV: Пионер в 3D опаковането
1. Технически принцип
TSV се отнася до отвори с високо съотношение на страните, гравирани през силициев субстрат (обикновено с дълбочина от десетки до стотици микрона), последвано от образуване на изолационен слой, метален зародишен слой и метален пълнеж (обикновено мед) върху стените на отвора. Тези вертикални отвори позволяват високоскоростни електрически връзки между подредени слоеве чипове.
2. Процесен поток
Типичният процес на производство на TSV включва:
Дълбоко силициево ецване (DRIE): Създаване на отвори с високо съотношение на страните в силициевата пластина.
Отлагане на изолационен слой: Обикновено PECVD-отложен SiO₂ за електрическо изолиране на металния пълнеж от силициевата подложка.
Отлагане на зародишен слой и галванопластика: PVD отлагане на метален зародишен слой, последвано от галванопластика с мед.
Химико-механично полиране (CMP): Отстранете излишния метал, за да постигнете планаризирана повърхност.
3. Предимства и ограничения
TSV предлага изключително къси пътища за свързване, ниска латентност на сигнала, ниска консумация на енергия и висока честотна лента, което го прави критичен фактор за високопроизводителни изчисления и памет с висока честотна лента.
TSV обаче има и ограничения:
Проблеми с термичното напрежение: Голямото несъответствие в CTE между силиций и мед може да намали надеждността.
Висока цена на процеса: Дълбокото ецване, галванопластиката и CMP са сложни и чувствителни към добива.
Проблеми с електрическата изолация: Дебелината и еднородността на изолационния слой пряко влияят върху диелектричната якост.
С увеличаването на плътността на интеграция на чипове, конфликтите между добива и разходите са довели до проучването на алтернативни материали, създавайки възможност за TGV.
II. TGV: Иновации в междусистемните връзки на стъклена основа
1. Технически принцип
TGV използва стъклени подложки вместо силиций. Високопрецизните отвори се оформят чрез лазерно пробиване или мокро ецване, последвано от отлагане на метален слой и галванично покритие, постигайки вертикални връзки, подобни на тези при TSV.
Стъклото предлага отлична електрическа изолация, ниска диелектрична константа (Dk), ниски диелектрични загуби (Df) и изключителна размерна стабилност, което прави TGV изключително привлекателен за високоскоростно предаване на сигнали и оптоелектронни опаковки.
2. Процесен поток
Ключовите стъпки в производството на TGV включват:
Лазерно пробиване: Ултрабързите лазери образуват микроотвори в стъкло с диаметри, обикновено вариращи от 20 до 150 μm.
Отлагане на слой от семена: PVD, като магнетронно разпрашване, отлага равномерен проводим слой върху стените на отвора.
Галванопластика на метал: Мед или никел-медна сплав запълват отворите, за да образуват електрически връзки през стъклото.
Планаризация и моделиране: Позволява многослойни взаимовръзки или свързване към интегрални схеми.
3. Предимства
В сравнение с TSV, TGV демонстрира няколко предимства:
Ниски диелектрични загуби: Dk на стъклото е около 1/3 от силиция, което намалява кръстосаното смущение на сигнала и загубата на вмъкване.
Отлична термична стабилност: CTE близък до металите, минимизиращ термичното напрежение.
Оптична прозрачност: Поддържа оптоелектронна интеграция във фотоника и сензори.
Контролируеми разходи: Лазерното пробиване и обработката на стъкло са на зряло ниво и са подходящи за производство на панели с голяма площ.
III. TSV срещу TGV: Сравнение и области на приложение
| Елемент | TSV (през силиций) | TGV (През стъкло) |
| Субстрат | Монокристален силиций | Специално стъкло (Borofloat, Corning, Schott и др.) |
| Диаметър на отвора | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Дълбочина на отвора | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Изолация | Необходим е допълнителен изолационен слой | Стъкло с вътрешно изолираща структура |
| Съвпадение на коефициента на термично разширение | Значителни разлики в сравнение с Cu | Подобно на Cu, ниско термично напрежение |
| Разходи за процес | Високо | Сравнително по-ниско |
| Приложения | Логика/Памет 3D подреждане | SiP, сензори, оптоелектронни опаковки, антени, MEMS |
TSV остава основният избор за високопроизводителна логика и 3D подреждане на памет, докато TGV бързо се разраства в SiP, оптоелектронна интеграция, сензори и RF устройства.
С размерите на стъклените субстрати, достигащи до корпуси на ниво панел (PLP), TGV се превръща в идеална платформа за взаимосвързване за 5G комуникация, автомобилни радари, AR оптика и Mini/Micro LED корпуси.
IV. От силиций към стъкло: Ползи на системно ниво
Въвеждането на стъклото не е просто заместване на материала; то представлява промяна във философията на дизайна на системно ниво.
Електрически характеристики: Стъклото с ниско Dk значително намалява забавянето на сигнала и консумацията на енергия.
Структурна цялост: TGV предлага по-висока равнинност и по-ниско изкривяване за опаковки с голяма площ.
Гъвкавост на производството: Лазерната обработка, комбинирана с вакуумно PVD, позволява висока съвместимост с процесите и мащабируемост.
По-специално, за оптоелектронна интеграция, оптичната прозрачност на стъклото позволява проектиране на опаковки, при които субстратът поддържа не само електрически връзки, но и вълноводи, лещи и сензорни прозорци, което е трудно постижимо с TSV.
V. Разтвор за покритие на семена от вакуумен слой на ZhenHua за TGV
Предимства на оборудването:
Оптимизация на дълбоко покритие на отворите: Патентована технология за дълбоко покритие на отворите, способна да обработва отвори с размер до 30 μm със съотношение на страните >10:1, справяйки се със сложни предизвикателства, свързани с дълбоките отвори.
Персонализируем за различни размери: Поддържа стъклени основи, включително 600×600 мм, 510×515 мм или по-големи.
Гъвкавост на процеса: Съвместим с Cu, Ti, Ni, Pt и други проводими или функционални тънки слоеве, за да отговори на разнообразни изисквания за електрическа и корозионна устойчивост.
Стабилна производителност и лесна поддръжка: Оборудван с интелигентно управление за автоматично регулиране на параметрите и наблюдение на равномерността на дебелината в реално време; модулният дизайн улеснява поддръжката и намалява времето за престой.
Обхват на приложение: Подходящ за усъвършенствано опаковане на TGV/TSV/TMV, постигайки дълбоко покритие чрез слой на семената със съотношение на страните 10:1.
—Тази статия е публикувана отоборудване за вакуумно покритие производител Zhenhua Vacuum
Време на публикуване: 16 октомври 2025 г.