Fra TSV til TGV: Materialeudvikling og produktionsforskelle i gennemgående via-forbindelser

I udviklingen af ​​halvlederpakningsteknologi har vertikale forbindelser altid været en nøglefaktor, der bestemmer systemets ydeevne, fodaftryk og strømforbrug. Fra tidlig wire bonding og flip-chip-teknikker til fremkomsten af ​​3D-stablede IC'er har industrien søgt forbindelsesløsninger med højere tæthed og kortere forbindelser.

I denne sammenhæng er TSV (Through Silicon Via) og TGV (Through Glass Via) opstået som to mainstream vertikale sammenkoblingsteknologier. De adskiller sig i materialesystemer, fremstillingsprocesser, ydeevneegenskaber og anvendelsesområder, hvilket repræsenterer et centralt punkt i næste generations emballageudvikling.

I. TSV: Pioner inden for 3D-emballage
1. Teknisk princip

TSV refererer til vias med højt aspektforhold, der ætses gennem et siliciumsubstrat (typisk ti til hundredvis af mikrometer dybt), efterfulgt af dannelsen af ​​et isolerende lag, et metalfrølag og en metalfyldning (normalt kobber) på via-væggene. Disse vertikale vias muliggør elektriske forbindelser med høj hastighed mellem stablede chiplag.

2. Procesflow

Den typiske TSV-fremstillingsproces omfatter:

Dyb siliciumætsning (DRIE): Opret vias med højt aspektforhold i siliciumwaferen.

Isoleringslagaflejring: Normalt PECVD-aflejret SiO₂ for elektrisk at isolere metalfyldningen fra siliciumsubstratet.

Aflejring og elektroplettering af kimlag: PVD-aflejring af et metalkimlag efterfulgt af kobberelektroplettering.

Kemisk-mekanisk polering (CMP): Fjern overskydende metal for at opnå en plan overflade.

3. Fordele og begrænsninger

TSV tilbyder ekstremt korte forbindelsesveje, lav signallatens, lavt strømforbrug og høj båndbredde, hvilket gør den til en afgørende katalysator for højtydende databehandling og hukommelse med høj båndbredde.

TSV har dog også begrænsninger:

Problemer med termisk stress: Stor uoverensstemmelse i CTE mellem silicium og kobber kan reducere pålideligheden.

Høje procesomkostninger: Dyb ætsning, galvanisering og CMP er komplekse og udbyttefølsomme.

Udfordringer med elektrisk isolering: Tykkelsen og ensartetheden af ​​det isolerende lag påvirker direkte den dielektriske styrke.

Efterhånden som chipintegrationstætheden stiger, har konflikter mellem udbytte og omkostninger drevet udforskningen af ​​alternative materialer – hvilket har skabt mulighed for TGV.

II. TGV: Glasbaseret sammenkoblingsinnovation
1. Teknisk princip

TGV bruger glassubstrater i stedet for silicium. Højpræcisionsvias dannes ved laserboring eller vådætsning, efterfulgt af aflejring af et metalkimlag og galvanisering, hvilket opnår vertikale forbindelser svarende til TSV.

Glas tilbyder fremragende elektrisk isolering, lav dielektricitetskonstant (Dk), lavt dielektrisk tab (Df) og enestående dimensionsstabilitet, hvilket gør TGV yderst attraktivt til højhastighedssignaltransmission og optoelektronisk pakning.

2. Procesflow

Nøgletrin i TGV-fremstilling inkluderer:

Laserboring: Ultrahurtige lasere danner mikrovias i glas med diametre, der typisk spænder fra 20-150 μm.

Frølagsaflejring: PVD, såsom magnetronsputtering, aflejrer et ensartet ledende lag på via-væggene.

Metalelektroplettering: Kobber- eller nikkel-kobberlegering fylder viasene for at danne elektriske forbindelser gennem glas.

Planarisering og mønstring: Muliggør flerlagsforbindelser eller binding til IC-chips.

3. Fordele

Sammenlignet med TSV har TGV adskillige fordele:

Lavt dielektrisk tab: Glas Dk er omkring 1/3 af silicium, hvilket reducerer signalkrydstale og indsættelsestab.

Fremragende termisk stabilitet: CTE tæt på metaller, hvilket minimerer termisk stress.

Optisk gennemsigtighed: Understøtter optoelektronisk integration i fotonik og sensorer.

Kontrollerbare omkostninger: Laserboring og glasbearbejdning modnes og er velegnede til produktion af store paneler.

III. TSV vs. TGV: Sammenligning og anvendelsesområder

TSV er fortsat det almindelige valg til højtydende logik og 3D-stabling af hukommelse, mens TGV ekspanderer hurtigt inden for SiP, optoelektronisk integration, sensorer og RF-enheder.

Med glassubstratstørrelser, der når panelniveaupakning (PLP), er TGV ved at blive en ideel sammenkoblingsplatform til 5G-kommunikation, bilradar, AR-optik og Mini/Micro LED-pakning.

IV. Fra silicium til glas: Fordele på systemniveau

Introduktionen af ​​glas er ikke blot en erstatning af materialer; det repræsenterer et skift i designfilosofien på systemniveau.

Elektrisk ydeevne: Lav Dk-glas reducerer signalforsinkelse og strømforbrug betydeligt.

Strukturel integritet: TGV tilbyder højere planhed og lavere vridning til emballage med store arealer.

Produktionsfleksibilitet: Laserbehandling kombineret med vakuum-PVD giver høj proceskompatibilitet og skalerbarhed.

Især inden for optoelektronisk integration muliggør glasets optiske gennemsigtighed emballagedesigns, hvor substratet ikke kun understøtter elektriske forbindelser, men også bølgeledere, linser og sensorvinduer, hvilket er vanskeligt at opnå med TSV.

V. ZhenHua Vakuum TGV Frølagsbelægningsopløsning

Udstyrsfordele:

Optimering af dyb via-belægning: Proprietær dyb via-belægningsteknologi, der er i stand til at håndtere vias så små som 30 μm med et billedformat på >10:1, og som dermed håndterer komplekse udfordringer med dyb via.

Kan tilpasses til forskellige størrelser: Understøtter glassubstrater, herunder 600 × 600 mm, 510 × 515 mm eller større.

Procesfleksibilitet: Kompatibel med Cu, Ti, Ni, Pt og andre ledende eller funktionelle tyndfilm for at opfylde forskellige krav til elektrisk modstand og korrosionsbestandighed.

Stabil ydeevne og nem vedligeholdelse: Udstyret med smart styring til automatisk parameterjustering og realtidsovervågning af tykkelsesensartethed; modulært design letter vedligeholdelse og reducerer nedetid.

Anvendelsesområde: Velegnet til avanceret TGV/TSV/TMV-emballage, der opnår dyb via-frølagsbelægning med et billedformat på 10:1.

—Denne artikel blev udgivet afvakuumbelægningsudstyr producent Zhenhua Vacuum