En l'evolució de la tecnologia d'encapsulat de semiconductors, les interconnexions verticals sempre han estat un factor clau que determina el rendiment del sistema, la petjada i el consum d'energia. Des de les primeres tècniques d'unió de cables i flip-chip fins a l'aparició dels circuits integrats apilats en 3D, la indústria ha estat buscant solucions d'interconnexió més denses i més curtes.
En aquest context, TSV (Through Silicon Via) i TGV (Through Glass Via) han sorgit com dues tecnologies d'interconnexió vertical convencionals. Difereixen en sistemes de materials, processos de fabricació, característiques de rendiment i dominis d'aplicació, representant un punt crucial en el desenvolupament d'envasos de nova generació.
I. TSV: Pionera de l'embalatge 3D
1. Principi tècnic
TSV fa referència a vies d'alta relació d'aspecte gravades a través d'un substrat de silici (normalment de desenes a centenars de micres de profunditat), seguides de la formació d'una capa aïllant, una capa de llavor metàl·lica i un farciment metàl·lic (normalment de coure) a les parets de la via. Aquestes vies verticals permeten interconnexions elèctriques d'alta velocitat entre capes de xip apilades.
2. Flux del procés
El procés típic de fabricació de TSV inclou:
Gravat profund de silici (DRIE): Crea vies d'alta relació d'aspecte a l'oblea de silici.
Deposició de la capa aïllant: Normalment es diposita SiO₂ mitjançant PECVD per aïllar elèctricament el farciment metàl·lic del substrat de silici.
Deposició de la capa de llavors i galvanització: deposició PVD d'una capa de llavors metàl·lica seguida de galvanització de coure.
Poliment químic-mecànic (CMP): Elimina l'excés de metall per aconseguir una superfície planaritzada.
3. Avantatges i limitacions
El TSV ofereix camins d'interconnexió extremadament curts, baixa latència de senyal, baix consum d'energia i amplada de banda elevada, cosa que el converteix en un facilitador crític per a la computació d'alt rendiment i la memòria d'alta amplada de banda.
Tanmateix, el TSV també té limitacions:
Problemes d'estrès tèrmic: una gran discrepància en el CTE entre el silici i el coure pot reduir la fiabilitat.
Cost elevat del procés: el gravat profund, la galvanoplàstia i la CMP són complexos i sensibles al rendiment.
Reptes d'aïllament elèctric: el gruix i la uniformitat de la capa aïllant afecten directament la resistència dielèctrica.
A mesura que augmenta la densitat d'integració de xips, els conflictes entre rendiment i cost han impulsat l'exploració de materials alternatius, creant l'oportunitat per al TGV.
II. TGV: Innovació en interconnexió basada en vidre
1. Principi tècnic
El TGV utilitza substrats de vidre en lloc de silici. Les vies d'alta precisió es formen mitjançant perforació làser o gravat humit, seguit de la deposició d'una capa de llavor metàl·lica i galvanització, aconseguint interconnexions verticals similars al TSV.
El vidre ofereix un excel·lent aïllament elèctric, una baixa constant dielèctrica (Dk), una baixa pèrdua dielèctrica (Df) i una estabilitat dimensional excepcional, cosa que fa que el TGV sigui molt atractiu per a la transmissió de senyals d'alta velocitat i l'envasament optoelectrònic.
2. Flux del procés
Els passos clau en la fabricació d'un TGV inclouen:
Perforació làser: els làsers ultraràpids formen microvies en vidre amb diàmetres que solen oscil·lar entre 20 i 150 μm.
Deposició de la capa de llavors: la PVD, com ara la pulverització catòdica magnetrònica, diposita una capa conductora uniforme a les parets de la via.
Galvanització metàl·lica: el coure o l'aliatge de níquel-coure omple les vies per formar connexions elèctriques a través del vidre.
Planarització i patrons: Permet interconnexions multicapa o enllaços a xips de circuits integrats.
3. Avantatges
En comparació amb el TSV, el TGV demostra diversos avantatges:
Baixa pèrdua dielèctrica: el vidre Dk és aproximadament 1/3 de silici, cosa que redueix la diafonia del senyal i la pèrdua d'inserció.
Excel·lent estabilitat tèrmica: CTE proper als metalls, minimitzant l'estrès tèrmic.
Transparència òptica: Admet la integració optoelectrònica en fotònica i sensors.
Cost controlable: la perforació làser i el processament del vidre estan madurant, adequats per a la producció de panells de gran superfície.
III. TSV vs TGV: comparació i dominis d'aplicació
| Ítem | TSV (a través de via de silici) | TGV (Via a través del vidre) |
| Substrat | silici monocristal·lí | Vidres especials (Borofloat, Corning, Schott, etc.) |
| Diàmetre del forat | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Profunditat del forat | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Aïllament | Cal una capa aïllant addicional | Vidre intrínsecament aïllant |
| Coincidència del coeficient de dilatació tèrmica | Diferències significatives en comparació amb el Cu | Similar al Cu, baixa tensió tèrmica |
| Cost del procés | Alt | Relativament més baix |
| Aplicacions | Apilament 3D de lògica/memòria | SiP, sensors, encapsulat optoelectrònic, antenes, MEMS |
El TSV continua sent l'opció principal per a la lògica d'alt rendiment i l'apilament de memòria 3D, mentre que el TGV s'està expandint ràpidament en SiP, integració optoelectrònica, sensors i dispositius RF.
Amb mides de substrat de vidre que arriben a l'embalatge a nivell de panell (PLP), TGV s'està convertint en una plataforma d'interconnexió ideal per a la comunicació 5G, el radar d'automoció, l'òptica AR i l'embalatge Mini/Micro LED.
IV. Del silici al vidre: beneficis a nivell de sistema
La introducció del vidre no és simplement una substitució de materials; representa un canvi en la filosofia de disseny a nivell de sistema.
Rendiment elèctric: el vidre de baixa densitat de color (Dk) redueix significativament el retard del senyal i el consum d'energia.
Integritat estructural: el TGV ofereix una major planaritat i una menor deformació per a embalatges de grans superfícies.
Flexibilitat de fabricació: el processament làser combinat amb PVD al buit permet una alta compatibilitat i escalabilitat del procés.
En particular, per a la integració optoelectrònica, la transparència òptica del vidre permet dissenys d'envasos on el substrat admet no només interconnexions elèctriques, sinó també guies d'ones, lents i finestres de sensors, cosa que és difícil d'aconseguir amb TSV.
Solució de recobriment de capes de llavors TGV al buit V. ZhenHua
Avantatges de l'equipament:
Optimització del recobriment de vies profundes: tecnologia patentada de recobriment de vies profundes capaç de gestionar vies tan petites com 30 μm amb una relació d'aspecte >10:1, abordant reptes complexos de vies profundes.
Personalitzable per a diverses mides: Admet substrats de vidre de 600 × 600 mm, 510 × 515 mm o més.
Flexibilitat del procés: Compatible amb Cu, Ti, Ni, Pt i altres pel·lícules primes conductores o funcionals per satisfer diversos requisits de resistència elèctrica i a la corrosió.
Rendiment estable i manteniment fàcil: equipat amb control intel·ligent per a l'ajust automàtic dels paràmetres i la supervisió en temps real de la uniformitat del gruix; el disseny modular facilita el manteniment i redueix el temps d'inactivitat.
Àmbit d'aplicació: Apte per a envasos avançats TGV/TSV/TMV, aconseguint un recobriment profund de la capa de llavors amb una relació d'aspecte de 10:1.
—Aquest article ha estat publicat perequip de recobriment al buit fabricant Zhenhua Vacuum
Data de publicació: 16 d'octubre de 2025