Erdieroaleen ontziratze-teknologiaren bilakaeran, interkonexio bertikalak beti izan dira sistemaren errendimendua, aztarna eta energia-kontsumoa zehazten duten faktore gakoak. Hasierako kable-lotura eta txip-iraulketa tekniketatik hasi eta 3D pilatutako zirkuitu integratuen agerpenera arte, industriak dentsitate handiagoko eta interkonexio-irtenbide laburragoak bilatzen aritu da.
Testuinguru honetan, TSV (Through Silicon Via) eta TGV (Through Glass Via) bi interkonexio bertikal nagusi gisa agertu dira. Material sistemetan, fabrikazio prozesuetan, errendimendu ezaugarrietan eta aplikazio eremuetan desberdintzen dira, hurrengo belaunaldiko ontzien garapenean funtsezko puntu bat ordezkatuz.
I. TSV: 3D ontziratzearen aitzindaria
1. Printzipio teknikoa
TSV-k siliziozko substratu batean (normalean hamarnaka eta ehunka mikra arteko sakoneran) grabatutako alderdi-erlazio handiko bideei egiten die erreferentzia, eta ondoren isolatzaile-geruza bat, metalezko hazi-geruza bat eta metalezko betegarria (normalean kobrea) eratzen dira bideen paretetan. Bide bertikal hauek abiadura handiko interkonexio elektrikoak ahalbidetzen dituzte txiparen geruza pilatuen artean.
2. Prozesuaren fluxua
TSV fabrikazio prozesu tipikoak honako hauek barne hartzen ditu:
Siliziozko Grabaketa Sakona (DRIE): Siliziozko oblean alderdi-erlazio handiko zuloak sortu.
Isolamendu-geruzaren metaketa: Normalean PECVD bidez metatzen da SiO₂ metalezko betegarria siliziozko substratutik elektrikoki isolatzeko.
Hazi Geruzaren Deposizioa eta Elektroplazioa: Metal hazi geruza baten PVD deposizioa, eta ondoren kobrezko elektroplazioa.
Leuntze kimiko-mekanikoa (LME): Gehiegizko metala kentzea gainazal lau bat lortzeko.
3. Abantailak eta mugak
TSV-k interkonexio bide oso laburrak, seinale-latentzia baxua, energia-kontsumo txikia eta banda-zabalera handia eskaintzen ditu, eta horrek errendimendu handiko konputaziorako eta banda-zabalera handiko memoriarako funtsezko gaitzaile bihurtzen du.
Hala ere, TSV-k mugak ere baditu:
Estres termikoaren arazoak: Silizioaren eta kobrearen arteko CTE desadostasun handiak fidagarritasuna murriztu dezake.
Prozesu-kostu handia: Grabaketa sakona, galvanizazioa eta CMP konplexuak eta etekinarekiko sentikorrak dira.
Isolamendu elektrikoaren erronkak: Isolamendu geruzaren lodierak eta uniformetasunak zuzenean eragiten diote erresistentzia dielektrikoari.
Txip integrazio-dentsitatea handitzen den heinean, errendimenduaren eta kostuaren arteko gatazkek material alternatiboen esplorazioa bultzatu dute, eta horrek TGVrako aukera sortu du.
II. TGV: Beirazko Interkonexio Berrikuntza
1. Printzipio teknikoa
TGV-k beirazko substratuak erabiltzen ditu silizioaren ordez. Zehaztasun handiko zuloak laser bidezko zulaketa edo grabatu hezearen bidez sortzen dira, ondoren metalezko hazi geruza bat jarri eta galvanizatuz, TSV-ren antzeko interkonexio bertikalak lortuz.
Beira isolamendu elektriko bikaina, konstante dielektriko baxua (Dk), galera dielektriko baxua (Df) eta dimentsio-egonkortasun bikaina eskaintzen ditu, eta horrek TGV oso erakargarri bihurtzen du abiadura handiko seinaleen transmisiorako eta ontziratze optoelektronikoetarako.
2. Prozesuaren fluxua
TGV fabrikazioaren urrats nagusiak hauek dira:
Laser bidezko zulaketa: Laser ultraazkarrek 20-150 μm arteko diametroa duten mikrobideak eratzen dituzte beiran.
Hazi Geruzaren Deposizioa: PVD-ak, hala nola magnetron sputtering-ak, geruza eroale uniforme bat metatzen du bideen paretetan.
Metalezko galvanizazioa: Kobrezko edo nikel-kobrezko aleazio batek bideetan betetzen ditu beira zeharkatzen duten konexio elektrikoak eratzeko.
Planarizazioa eta patroitzea: Geruza anitzeko interkonexioak edo IC txipetara loturak ahalbidetzen ditu.
3. Abantailak
TSVrekin alderatuta, TGVk hainbat abantaila ditu:
Dielektriko-galera txikia: beiraren Dk silizioaren 1/3 inguru da, seinale-gurutzadura eta txertatze-galera murriztuz.
Egonkortasun termiko bikaina: CTE metaletatik gertu, tentsio termikoa minimizatuz.
Gardentasun optikoa: Fotonikan eta sentsoreetan optoelektronika integratzea onartzen du.
Kostu kontrolagarria: Laser bidezko zulaketa eta beira prozesamendua heltzen ari dira, panel mailako ekoizpenerako egokiak.
III. TSV vs TGV: Konparaketa eta aplikazio-eremuak
| Elementua | TSV (Siliziozko Bidearen Bidez) | TGV (Beirazko Bidea) |
| Substratua | Silizio monokristalinoa | Beira bereziak (Borofloat, Corning, Schott, etab.) |
| Zuloaren diametroa | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Zuloaren sakonera | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Isolamendua | Isolamendu geruza gehigarria behar da | Beira berez isolatzailea |
| Hedapen Termikoaren Koefizientearen Parekatzea | Desberdintasun esanguratsuak Cu-rekin alderatuta | Cu-ren antzekoa, tentsio termiko baxua |
| Prozesuaren kostua | Altua | Nahiko baxuagoa |
| Aplikazioak | Logika/Memoria 3D Pilatzea | SiP, sentsoreak, ontziratze optoelektronikoa, antenak, MEMS |
TSV da errendimendu handiko logika eta 3D memoria pilatzeko aukera nagusia, eta TGV, berriz, azkar hedatzen ari da SiP, integrazio optoelektronikoan, sentsoreetan eta RF gailuetan.
Beirazko substratuen tamainak panel mailako ontziratzeetara (PLP) iristen direnez, TGV 5G komunikaziorako, automobilgintzako radarretarako, AR optikarako eta Mini/Mikro LED ontziratzeetarako interkonexio plataforma aproposa bihurtzen ari da.
IV. Siliziotik beirara: sistema-mailako onurak
Beira ez da materiala ordezkatzea soilik; sistema-mailako diseinu-filosofian aldaketa bat adierazten du.
Errendimendu elektrikoa: Dk baxuko beirak seinalearen atzerapena eta energia-kontsumoa nabarmen murrizten ditu.
Egitura-osotasuna: TGV-k planaritate handiagoa eta deformazio txikiagoa eskaintzen ditu azalera handiko ontziratzeetarako.
Fabrikazio-malgutasuna: Laser bidezko prozesamendua hutsean PVDrekin konbinatzeak prozesuen bateragarritasun eta eskalagarritasun handia ahalbidetzen du.
Bereziki, integrazio optoelektronikorako, beiraren gardentasun optikoak ontzien diseinuak ahalbidetzen ditu, non substratuak ez dituen konexio elektrikoak bakarrik onartzen, baita uhin-gidak, lenteak eta sentsore-leihoak ere, eta hori zaila da TSV-rekin lortzea.
V. ZhenHua TGV hazi geruza estaltzeko hutsean egindako soluzioa
Ekipamenduaren abantailak:
Bide sakonen estalduraren optimizazioa: 30 μm-ko neurriko bide sakonak maneiatzeko gai den bide sakonen estaldura-teknologia jabeduna, >10:1 alderdi-erlazioarekin, bide sakonen erronka konplexuei aurre eginez.
Tamaina ezberdinetarako pertsonalizagarria: 600 × 600 mm, 510 × 515 mm edo handiagoak diren beirazko substratuak onartzen ditu.
Prozesuaren malgutasuna: Cu, Ti, Ni, Pt eta beste film mehe eroale edo funtzional batzuekin bateragarria, erresistentzia elektriko eta korrosioarekiko hainbat eskakizun betetzeko.
Errendimendu egonkorra eta mantentze-lan erraza: Parametroen doikuntza automatikoa eta lodieraren uniformetasunaren denbora errealeko monitorizazioa egiteko kontrol adimendunarekin hornituta; diseinu modularrak mantentze-lanak errazten ditu eta geldialdi-denborak murrizten ditu.
Aplikazio-eremua: TGV/TSV/TMV ontziratze aurreratuetarako egokia, 10:1 alderdi-erlazioarekin hazi-geruza sakonaren bidezko estaldura lortuz.
—Artikulu hau argitaratu duhutsean estaltzeko ekipoak Zhenhua xurgagailuaren fabrikatzailea
Argitaratze data: 2025eko urriaren 16a