U evoluciji tehnologije pakovanja poluprovodnika, vertikalne međusobne veze oduvijek su bile ključni faktor koji je određivao performanse sistema, veličinu i potrošnju energije. Od ranih tehnika spajanja žica i flip-chip tehnika do pojave 3D složenih integrisanih kola, industrija je tražila rješenja za međusobne veze veće gustine i kraće veze.
U tom kontekstu, TSV (Through Silicon Via - kroz silicijsku vezu) i TGV (Through Glass Via - kroz staklenu vezu) pojavile su se kao dvije glavne tehnologije vertikalnog međusobnog povezivanja. Razlikuju se po materijalnim sistemima, proizvodnim procesima, karakteristikama performansi i domenima primjene, što predstavlja ključnu tačku u razvoju ambalaže sljedeće generacije.
I. TSV: Pionir 3D pakovanja
1. Tehnički princip
TSV se odnosi na prolaze visokog omjera širine i visine urezane kroz silicijumsku podlogu (obično dubine od desetina do stotina mikrona), nakon čega slijedi formiranje izolacijskog sloja, sloja metalnog sjemena i metalnog ispuna (obično bakra) na stijenkama prolaza. Ovi vertikalni prolazi omogućavaju brze električne međusobne veze između naslaganih slojeva čipa.
2. Tok procesa
Tipičan proces proizvodnje TSV-a uključuje:
Duboko nagrizanje silicija (DRIE): Stvaranje prolaza visokog omjera stranica u silicijumskoj pločici.
Taloženje izolacijskog sloja: Obično se koristi SiO₂ taložen PECVD metodom za električnu izolaciju metalnog punjenja od silicijumske podloge.
Taloženje sloja sjemena i galvanizacija: PVD taloženje metalnog sloja sjemena nakon čega slijedi galvanizacija bakra.
Hemijsko-mehaničko poliranje (CMP): Uklonite višak metala kako biste postigli ravnu površinu.
3. Prednosti i ograničenja
TSV nudi izuzetno kratke međusobne veze, nisku latenciju signala, nisku potrošnju energije i visoku propusnost, što ga čini ključnim faktorom za računarstvo visokih performansi i memoriju visoke propusnosti.
Međutim, TSV također ima ograničenja:
Problemi s termičkim naprezanjem: Velika neusklađenost u CTE vrijednosti između silicija i bakra može smanjiti pouzdanost.
Visoki troškovi procesa: Duboko nagrizanje, galvanizacija i CMP su složeni i osjetljivi na prinos.
Izazovi električne izolacije: Debljina i ujednačenost izolacijskog sloja direktno utiču na dielektričnu čvrstoću.
Kako se gustoća integracije čipova povećava, sukobi između prinosa i troškova potaknuli su istraživanje alternativnih materijala, stvarajući priliku za TGV.
II. TGV: Inovacije međusobnih veza na bazi stakla
1. Tehnički princip
TGV koristi staklene podloge umjesto silicija. Visokoprecizni prolazi se formiraju laserskim bušenjem ili mokrim nagrizanjem, nakon čega slijedi nanošenje metalnog sloja i galvanizacija, postižući vertikalne međusobne veze slične TSV-u.
Staklo nudi odličnu električnu izolaciju, nisku dielektričnu konstantu (Dk), niske dielektrične gubitke (Df) i izvanrednu dimenzionalnu stabilnost, što TGV čini vrlo atraktivnim za brzi prijenos signala i optoelektronsko pakiranje.
2. Tok procesa
Ključni koraci u proizvodnji TGV-a uključuju:
Lasersko bušenje: Ultrabrzi laseri formiraju mikrootvore u staklu s promjerima koji se obično kreću od 20 do 150 μm.
Taloženje sloja sjemena: PVD, kao što je magnetronsko raspršivanje, taloži ujednačeni provodni sloj na zidovima prolaza.
Galvanizacija metala: Bakar ili legura nikla i bakra ispunjava prolaze kako bi se formirale električne veze kroz staklo.
Planarizacija i oblikovanje: Omogućava višeslojne međusobne veze ili povezivanje s IC čipovima.
3. Prednosti
U poređenju sa TSV-om, TGV pokazuje nekoliko prednosti:
Niski dielektrični gubici: Dk stakla je otprilike 1/3 silicija, što smanjuje preslušavanje signala i gubitak unesenog signala.
Odlična termička stabilnost: KTŠ blizu metala, minimizirajući termičko naprezanje.
Optička transparentnost: Podržava optoelektronsku integraciju u fotoniku i senzore.
Kontrolisani troškovi: Lasersko bušenje i obrada stakla sazrijevaju, pogodni za proizvodnju panela velikih površina.
III. TSV vs TGV: Poređenje i domene primjene
| Stavka | TSV (Kroz silicijsku vezu) | TGV (Voz kroz staklo) |
| Podloga | Monokristalni silicij | Specijalno staklo (Borofloat, Corning, Schott, itd.) |
| Prečnik rupe | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Dubina rupe | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Izolacija | Potreban je dodatni izolacijski sloj | Staklo sa intrinzičnom izolacijom |
| Usaglašavanje koeficijenta termičkog širenja | Značajne razlike u poređenju sa Cu | Slično kao Cu, nizak termički stres |
| Troškovi procesa | Visoko | Relativno niže |
| Aplikacije | Logičko/memorijsko 3D slaganje | SiP, senzori, optoelektronsko pakovanje, antene, MEMS |
TSV ostaje glavni izbor za visokoperformansno 3D slaganje logike i memorije, dok se TGV brzo širi u SiP-u, optoelektronskoj integraciji, senzorima i RF uređajima.
S veličinom staklenih podloga koje dostižu nivo pakovanja na nivou panela (PLP), TGV postaje idealna platforma za međusobno povezivanje za 5G komunikaciju, automobilski radar, AR optiku i Mini/Micro LED pakovanje.
IV. Od silicija do stakla: Prednosti na nivou sistema
Uvođenje stakla nije samo zamjena materijala; ono predstavlja promjenu u filozofiji dizajna na nivou sistema.
Električne performanse: Staklo s niskim Dk faktorom značajno smanjuje kašnjenje signala i potrošnju energije.
Strukturni integritet: TGV nudi veću planarnost i manje savijanje za pakovanje velikih površina.
Fleksibilnost proizvodnje: Laserska obrada u kombinaciji s vakuumskim PVD-om omogućava visoku kompatibilnost procesa i skalabilnost.
Posebno, za optoelektronsku integraciju, optička transparentnost stakla omogućava dizajn pakovanja gdje podloga podržava ne samo električne međusobne veze već i talasovode, sočiva i senzorske prozore, što je teško postići sa TSV-om.
V. ZhenHua Vacuum TGV rješenje za premazivanje sloja sjemena
Prednosti opreme:
Optimizacija dubokog premazivanja otvora: Vlasnička tehnologija dubokog premazivanja otvora sposobna za rukovanje otvorima veličine i do 30 μm s omjerom stranica >10:1, rješavajući složene izazove dubokih otvora.
Prilagodljivo za različite veličine: Podržava staklene podloge, uključujući 600×600 mm, 510×515 mm ili veće.
Fleksibilnost procesa: Kompatibilan sa Cu, Ti, Ni, Pt i drugim provodljivim ili funkcionalnim tankim filmovima kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi za električnu otpornost i otpornost na koroziju.
Stabilne performanse i jednostavno održavanje: Opremljen pametnom kontrolom za automatsko podešavanje parametara i praćenje ujednačenosti debljine u realnom vremenu; modularni dizajn olakšava održavanje i smanjuje vrijeme zastoja.
Područje primjene: Pogodno za napredno pakovanje TGV/TSV/TMV, postižući duboki premaz putem sloja sjemena s omjerom stranica 10:1.
—Ovaj članak je objavljen od straneoprema za vakuumsko premazivanje proizvođač Zhenhua Vakuum
Vrijeme objave: 16. oktobar 2025.