En la evolución de la tecnología de empaquetado de semiconductores, las interconexiones verticales siempre han sido un factor clave para determinar el rendimiento, el tamaño y el consumo de energía del sistema. Desde las primeras técnicas de unión por hilo y flip-chip hasta la aparición de los circuitos integrados apilados en 3D, la industria ha buscado soluciones de interconexión más densas y cortas.
En este contexto, las tecnologías TSV (Through Silicon Via) y TGV (Through Glass Via) se han consolidado como dos tecnologías de interconexión vertical principales. Se diferencian en los sistemas de materiales, los procesos de fabricación, las características de rendimiento y los ámbitos de aplicación, lo que representa un punto clave en el desarrollo de los encapsulados de próxima generación.
I. TSV: Pioneros del embalaje 3D
1. Principio técnico
TSV se refiere a vías verticales de alta relación de aspecto grabadas a través de un sustrato de silicio (generalmente de decenas a cientos de micras de profundidad), seguidas de la formación de una capa aislante, una capa de semilla metálica y un relleno metálico (normalmente cobre) en las paredes de la vía. Estas vías verticales permiten interconexiones eléctricas de alta velocidad entre capas apiladas de chips.
2. Flujo del proceso
El proceso típico de fabricación de TSV incluye:
Grabado profundo de silicio (DRIE): Crea vías de alta relación de aspecto en la oblea de silicio.
Deposición de capa aislante: Generalmente se deposita SiO₂ mediante PECVD para aislar eléctricamente el relleno metálico del sustrato de silicio.
Deposición de la capa semilla y electrodeposición: Deposición PVD de una capa semilla de metal seguida de electrodeposición de cobre.
Pulido químico-mecánico (CMP): Elimina el exceso de metal para lograr una superficie plana.
3. Ventajas y limitaciones
La tecnología TSV ofrece rutas de interconexión extremadamente cortas, baja latencia de señal, bajo consumo de energía y alto ancho de banda, lo que la convierte en un elemento fundamental para la computación de alto rendimiento y la memoria de alto ancho de banda.
Sin embargo, TSV también tiene limitaciones:
Problemas de estrés térmico: Una gran diferencia en el coeficiente de dilatación térmica (CTE) entre el silicio y el cobre puede reducir la fiabilidad.
Alto coste del proceso: El grabado profundo, la galvanoplastia y el pulido químico-mecánico (CMP) son procesos complejos y sensibles al rendimiento.
Retos del aislamiento eléctrico: El grosor y la uniformidad de la capa aislante afectan directamente a la rigidez dieléctrica.
A medida que aumenta la densidad de integración de chips, los conflictos entre rendimiento y coste han impulsado la exploración de materiales alternativos, lo que crea la oportunidad para TGV.
II. TGV: Innovación en interconexión basada en vidrio
1. Principio técnico
TGV utiliza sustratos de vidrio en lugar de silicio. Las vías de alta precisión se forman mediante perforación láser o grabado húmedo, seguido de la deposición de una capa de semilla metálica y galvanoplastia, logrando interconexiones verticales similares a las de TSV.
El vidrio ofrece un excelente aislamiento eléctrico, una constante dieléctrica baja (Dk), bajas pérdidas dieléctricas (Df) y una estabilidad dimensional excepcional, lo que hace que el TGV sea muy atractivo para la transmisión de señales de alta velocidad y el encapsulado optoelectrónico.
2. Flujo del proceso
Los pasos clave en la fabricación de un TGV incluyen:
Perforación láser: Los láseres ultrarrápidos forman microvías en vidrio con diámetros que suelen oscilar entre 20 y 150 μm.
Deposición de la capa semilla: La deposición física de vapor (PVD), como la pulverización catódica por magnetrón, deposita una capa conductora uniforme en las paredes de las vías.
Galvanoplastia: El cobre o la aleación de níquel-cobre rellenan los orificios para formar conexiones eléctricas a través del vidrio.
Planarización y modelado: Permite interconexiones multicapa o la unión a chips de circuitos integrados.
3. Ventajas
En comparación con TSV, TGV presenta varias ventajas:
Baja pérdida dieléctrica: El coeficiente dieléctrico del vidrio (Dk) es aproximadamente 1/3 del del silicio, lo que reduce la diafonía de la señal y la pérdida de inserción.
Excelente estabilidad térmica: coeficiente de dilatación térmica (CTE) similar al de los metales, lo que minimiza el estrés térmico.
Transparencia óptica: Permite la integración optoelectrónica en fotónica y sensores.
Coste controlable: La perforación láser y el procesamiento del vidrio están madurando, lo que los hace adecuados para la producción de paneles de gran superficie.
III. TSV frente a TGV: Comparación y ámbitos de aplicación
| Artículo | TSV (vía pasante de silicio) | TGV (Vía a través del cristal) |
| Sustrato | silicio monocristalino | Vidrio especial (Borofloat, Corning, Schott, etc.) |
| Diámetro del agujero | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Profundidad del agujero | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Aislamiento | Se requiere una capa aislante adicional | Vidrio intrínsecamente aislante |
| Ajuste del coeficiente de dilatación térmica | Diferencias significativas en comparación con Cu | Similar al Cu, baja tensión térmica |
| Costo del proceso | Alto | Relativamente más bajo |
| Aplicaciones | Apilamiento 3D de lógica/memoria | SiP, sensores, encapsulado optoelectrónico, antenas, MEMS |
La tecnología TSV sigue siendo la opción principal para el apilamiento 3D de lógica y memoria de alto rendimiento, mientras que la tecnología TGV se está expandiendo rápidamente en SiP, integración optoelectrónica, sensores y dispositivos de radiofrecuencia.
Gracias a que los sustratos de vidrio ahora tienen el tamaño adecuado para el encapsulado a nivel de panel (PLP), la tecnología TGV se está convirtiendo en una plataforma de interconexión ideal para la comunicación 5G, el radar automotriz, la óptica de realidad aumentada y el encapsulado de mini/micro LED.
IV. Del silicio al vidrio: Beneficios a nivel de sistema
La introducción del vidrio no es simplemente una sustitución de material; representa un cambio en la filosofía de diseño a nivel de sistema.
Rendimiento eléctrico: El vidrio de baja constante dieléctrica (Dk) reduce significativamente el retardo de la señal y el consumo de energía.
Integridad estructural: TGV ofrece mayor planitud y menor deformación para embalajes de gran superficie.
Flexibilidad de fabricación: El procesamiento láser combinado con PVD al vacío permite una alta compatibilidad y escalabilidad del proceso.
En particular, para la integración optoelectrónica, la transparencia óptica del vidrio permite diseños de encapsulado en los que el sustrato soporta no solo interconexiones eléctricas, sino también guías de onda, lentes y ventanas de sensores, algo difícil de lograr con TSV.
Solución de recubrimiento de capa semilla TGV al vacío de V. ZhenHua
Ventajas del equipo:
Optimización del recubrimiento de vías profundas: Tecnología patentada de recubrimiento de vías profundas capaz de manejar vías de tan solo 30 μm con una relación de aspecto >10:1, abordando los complejos desafíos de las vías profundas.
Adaptable a varios tamaños: admite sustratos de vidrio de hasta 600 × 600 mm, 510 × 515 mm o mayores.
Flexibilidad de proceso: Compatible con películas delgadas conductoras o funcionales de Cu, Ti, Ni, Pt y otras, para satisfacer diversos requisitos de resistencia eléctrica y a la corrosión.
Rendimiento estable y fácil mantenimiento: Equipado con un control inteligente para el ajuste automático de parámetros y la monitorización en tiempo real de la uniformidad del espesor; el diseño modular facilita el mantenimiento y reduce el tiempo de inactividad.
Ámbito de aplicación: Adecuado para el encapsulado avanzado de TGV/TSV/TMV, logrando un recubrimiento profundo de la capa de semillas de las vías con una relación de aspecto de 10:1.
—Este artículo fue publicado porequipos de recubrimiento al vacío Fabricante Zhenhua Vacuum
Fecha de publicación: 16 de octubre de 2025