Pooljuhtide pakenditehnoloogia arengus on vertikaalsed ühendused alati olnud süsteemi jõudluse, jalajälje ja energiatarbimise määramisel võtmeteguriks. Alates varajastest juhtmete ühendamise ja kiibipõhiste pöördtehnikate väljatöötamisest kuni 3D-virnastatud integraallülituste tekkimiseni on tööstus otsinud suurema tihedusega ja lühemaid ühenduslahendusi.
Selles kontekstis on TSV (läbi silikoonkaabli) ja TGV (läbi klaasikaabli) esile kerkinud kahe peamise vertikaalse ühendustehnoloogiana. Need erinevad materjalisüsteemide, tootmisprotsesside, jõudlusnäitajate ja rakendusvaldkondade poolest, olles järgmise põlvkonna pakendite arendamise pöördepunktiks.
I. TSV: 3D-pakendite teerajaja
1. Tehniline põhimõte
TSV viitab suure kuvasuhtega läbi ränisubstraadi söövitatud läbivate avade (tavaliselt kümnete kuni sadade mikronite sügavus), millele järgneb isoleerkihi, metalliseemnekihi ja metallitäidise (tavaliselt vase) moodustamine avade seintele. Need vertikaalsed avaused võimaldavad kiireid elektrilisi ühendusi virnastatud kiibikihtide vahel.
2. Protsessi voog
Tüüpiline TSV tootmisprotsess hõlmab järgmist:
Sügav räni söövitamine (DRIE): looge ränivahvlisse suure kuvasuhtega avasid.
Isolatsioonikihi sadestamine: Tavaliselt sadestatakse PECVD-meetodil SiO₂ metallitäidise elektriliseks isoleerimiseks ränisubstraadist.
Seemnekihi sadestamine ja galvaniseerimine: metalli seemnekihi sadestamine PVD-meetodil, millele järgneb vasega galvaniseerimine.
Keemiline-mehaaniline poleerimine (CMP): tasapinna saavutamiseks eemaldage liigne metall.
3. Eelised ja piirangud
TSV pakub äärmiselt lühikesi ühendusradasid, madalat signaali latentsust, väikest energiatarbimist ja suurt ribalaiust, muutes selle kriitiliseks teguriks suure jõudlusega andmetöötluse ja suure ribalaiusega mälu jaoks.
Siiski on TSV-l ka piirangud:
Termilise pinge probleemid: räni ja vase CTE suur erinevus võib vähendada töökindlust.
Kõrged protsessikulud: sügav söövitamine, galvaniseerimine ja CMP on keerulised ja saagikuse suhtes tundlikud.
Elektriisolatsiooniga seotud probleemid: isolatsioonikihi paksus ja ühtlus mõjutavad otseselt dielektrilist tugevust.
Kiibi integreerimise tiheduse suurenedes on saagikuse ja kulu vahelised konfliktid ajendanud alternatiivsete materjalide uurimist, mis on loonud võimaluse TGV-le.
II. TGV: klaasipõhine ühenduste innovatsioon
1. Tehniline põhimõte
TGV kasutab räni asemel klaasist aluspindu. Ülitäpsed läbivad avad moodustatakse laserpuurimise või märgsöövituse teel, millele järgneb metalli seemnekihi sadestamine ja galvaniseerimine, saavutades vertikaalsed ühendused, mis on sarnased TSV-ga.
Klaas pakub suurepärast elektriisolatsiooni, madalat dielektrilist konstanti (Dk), väikest dielektrilist kadu (Df) ja silmapaistvat mõõtmete stabiilsust, muutes TGV väga atraktiivseks kiire signaaliülekande ja optoelektroonilise pakendamise jaoks.
2. Protsessi voog
TGV valmistamise põhietapid on järgmised:
Laserpuurimine: ülikiired laserid moodustavad klaasis mikroavasid läbimõõduga tavaliselt 20–150 μm.
Seemnekihi sadestamine: PVD, näiteks magnetroni pihustamine, sadestab läbiva ava seintele ühtlase juhtiva kihi.
Metallist galvaaniline katmine: vask või nikkel-vasesulam täidab viasid, moodustades läbi klaasi elektriühendused.
Planeerimine ja mustrite loomine: võimaldab mitmekihilisi ühendusi või IC-kiipidega liimimist.
3. Eelised
Võrreldes TSV-ga on TGV-l mitmeid eeliseid:
Madal dielektriline kaotus: klaas Dk on umbes 1/3 räni massist, mis vähendab signaali läbikostet ja sisestamise kadu.
Suurepärane termiline stabiilsus: CTE metallidele lähedane, minimeerides termilist pinget.
Optiline läbipaistvus: toetab optoelektroonilist integratsiooni fotoonikas ja andurites.
Kontrollitavad kulud: Laserpuurimine ja klaasitöötlus on küpsemas järgus ning sobivad suurte paneelide tasemel tootmiseks.
III. TSV vs TGV: võrdlus ja rakendusvaldkonnad
| Ese | TSV (läbi Silicon Via) | TGV (läbi klaasi) |
| Aluspind | Monokristalliline räni | Spetsiaalne klaas (Borofloat, Corning, Schott jne) |
| Augu läbimõõt | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Augu sügavus | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Isolatsioon | Vajalik on täiendav isolatsioonikiht | Klaas on sisemiselt isoleeriv |
| Soojuspaisumisteguri sobitamine | Olulised erinevused võrreldes Cu-ga | Sarnane Cu-ga, madal termiline pinge |
| Protsessi maksumus | Kõrge | Suhteliselt madalam |
| Rakendused | Loogika/mälu 3D-virnastamine | SiP, andurid, optoelektrooniline pakend, antennid, MEMS |
TSV jääb peamiseks valikuks suure jõudlusega loogika ja mälu 3D-virnastamiseks, samas kui TGV laieneb kiiresti SiP, optoelektroonilise integratsiooni, andurite ja raadiosagedusseadmete valdkonnas.
Kuna klaasaluste suurused jõuavad paneelitaseme pakendini (PLP), on TGV-st saamas ideaalne ühendusplatvorm 5G-kommunikatsiooni, autoradarite, AR-optika ja mini-/mikro-LED-pakendite jaoks.
IV. Ränist klaasini: eelised süsteemi tasandil
Klaasi kasutuselevõtt ei ole pelgalt materjali asendamine; see esindab muutust süsteemitasandi disainifilosoofias.
Elektrilised omadused: Madala Dk-kvaliteediga klaas vähendab oluliselt signaali viivitust ja energiatarbimist.
Struktuuriline terviklikkus: TGV pakub suuremat tasapinda ja väiksemat deformatsiooni suuremate pindade pakendamiseks.
Tootmispaindlikkus: Lasertöötlus koos vaakum-PVD-ga võimaldab suurt protsesside ühilduvust ja skaleeritavust.
Eelkõige optoelektroonilise integratsiooni puhul võimaldab klaasi optiline läbipaistvus pakendikujundusi, kus aluspind toetab lisaks elektriühendustele ka lainejuhte, läätsesid ja andurite aknaid, mida on TSV-ga keeruline saavutada.
V. ZhenHua vaakum-TGV seemnekihi katmislahus
Varustuse eelised:
Sügavläbivialade katmise optimeerimine: patenteeritud sügavläbivialade katmise tehnoloogia, mis suudab töödelda kuni 30 μm läbimõõduga avasid kuvasuhtega >10:1, lahendades keerulisi süvaläbivialadega seotud probleeme.
Kohandatav erinevate suuruste jaoks: Toetab klaasist aluspindu, sealhulgas 600 × 600 mm, 510 × 515 mm või suuremaid.
Protsessi paindlikkus: ühildub Cu, Ti, Ni, Pt ja teiste juhtivate või funktsionaalsete õhukeste kiledega, et täita mitmesuguseid elektri- ja korrosioonikindluse nõudeid.
Stabiilne jõudlus ja lihtne hooldus: Varustatud nutika juhtimisega parameetrite automaatseks reguleerimiseks ja paksuse ühtluse reaalajas jälgimiseks; modulaarne disain hõlbustab hooldust ja vähendab seisakuid.
Kasutusala: Sobib TGV/TSV/TMV täiustatud pakenditele, saavutades sügava seemnekihi katmise kuvasuhtega 10:1.
—See artikkel avaldativaakumkatmisseadmed tootja Zhenhua vaakum
Postituse aeg: 16. okt 2025