در تکامل فناوری بستهبندی نیمههادی، اتصالات عمودی همواره عامل کلیدی تعیینکننده عملکرد سیستم، مساحت اشغالی و مصرف برق بودهاند. از تکنیکهای اولیه اتصال سیمی و فلیپ-چیپ گرفته تا ظهور آیسیهای سه بعدی انباشته، صنعت به دنبال راهحلهایی برای چگالی بالاتر و اتصالات کوتاهتر بوده است.
در این زمینه، TSV (از طریق سیلیکون) و TGV (از طریق شیشه) به عنوان دو فناوری اتصال عمودی اصلی ظهور کردهاند. آنها در سیستمهای مواد، فرآیندهای تولید، ویژگیهای عملکرد و حوزههای کاربرد متفاوت هستند و نقطه عطفی در توسعه بستهبندی نسل بعدی محسوب میشوند.
I. TSV: پیشگام بستهبندی سهبعدی
۱. اصل فنی
TSV به وایاهایی با نسبت ابعاد بالا اشاره دارد که از طریق یک زیرلایه سیلیکونی (معمولاً دهها تا صدها میکرون عمق) حکاکی میشوند و به دنبال آن یک لایه عایق، لایه بذر فلزی و پرکننده فلزی (معمولاً مس) روی دیوارههای وایا تشکیل میشود. این وایاهای عمودی امکان اتصال الکتریکی پرسرعت بین لایههای تراشه انباشته شده را فراهم میکنند.
۲. جریان فرآیند
فرآیند معمول ساخت TSV شامل موارد زیر است:
اچینگ سیلیکون عمیق (DRIE): ایجاد ویاسهایی با نسبت ابعاد بالا در ویفر سیلیکونی.
رسوب لایه عایق: معمولاً SiO₂ رسوب داده شده با PECVD برای جداسازی الکتریکی پرکننده فلزی از زیرلایه سیلیکونی.
رسوب لایه بذر و آبکاری الکتریکی: رسوب PVD یک لایه بذر فلزی و به دنبال آن آبکاری الکتریکی مس.
پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP): فلز اضافی را برای دستیابی به یک سطح مسطح حذف کنید.
۳. مزایا و محدودیتها
TSV مسیرهای اتصال بسیار کوتاهی را ارائه میدهد، تأخیر سیگنال کم، مصرف برق کم و پهنای باند بالایی دارد و آن را به یک عامل حیاتی برای محاسبات با کارایی بالا و حافظه با پهنای باند بالا تبدیل میکند.
با این حال، TSV محدودیتهایی نیز دارد:
مشکلات تنش حرارتی: عدم تطابق زیاد در CTE بین سیلیکون و مس میتواند قابلیت اطمینان را کاهش دهد.
هزینه بالای فرآیند: اچینگ عمیق، آبکاری الکتریکی و CMP پیچیده و حساس به بازده هستند.
چالشهای عایق الکتریکی: ضخامت و یکنواختی لایه عایق مستقیماً بر قدرت دیالکتریک تأثیر میگذارد.
با افزایش تراکم ادغام تراشهها، تضاد بین بازده و هزینه، کاوش در مواد جایگزین را برانگیخته است - که فرصتی برای TGV ایجاد میکند.
II. TGV: نوآوری اتصال مبتنی بر شیشه
۱. اصل فنی
TGV به جای سیلیکون از زیرلایههای شیشهای استفاده میکند. via های با دقت بالا با سوراخکاری لیزری یا حکاکی مرطوب و به دنبال آن رسوب لایه بذر فلزی و آبکاری الکتریکی ایجاد میشوند و به اتصالات عمودی مشابه TSV دست مییابند.
شیشه عایق الکتریکی عالی، ثابت دیالکتریک (Dk) پایین، تلفات دیالکتریک (Df) پایین و پایداری ابعادی فوقالعادهای ارائه میدهد که TGV را برای انتقال سیگنال با سرعت بالا و بستهبندی اپتوالکترونیکی بسیار جذاب میکند.
۲. جریان فرآیند
مراحل کلیدی در ساخت TGV عبارتند از:
حفاری لیزری: لیزرهای فوق سریع میکروویوهایی را در شیشه با قطرهایی معمولاً بین 20 تا 150 میکرومتر تشکیل میدهند.
رسوب لایه بذر: PVD، مانند پاشش مگنترون، یک لایه رسانای یکنواخت را روی دیوارههای via رسوب میدهد.
آبکاری الکتریکی فلز: مس یا آلیاژ نیکل-مس، وایاها را پر میکند تا اتصالات الکتریکی از طریق شیشه ایجاد شود.
مسطحسازی و الگوسازی: امکان اتصال چند لایه یا اتصال به تراشههای IC را فراهم میکند.
۳. مزایا
در مقایسه با TSV، TGV مزایای متعددی را نشان میدهد:
تلفات دیالکتریک پایین: ضریب شکست دیالکتریک شیشه حدود یک سوم سیلیکون است که باعث کاهش تداخل سیگنال و تلفات درج میشود.
پایداری حرارتی عالی: CTE نزدیک به فلزات، به حداقل رساندن تنش حرارتی.
شفافیت نوری: از ادغام اپتوالکترونیکی در فوتونیک و حسگرها پشتیبانی میکند.
هزینه قابل کنترل: حفاری لیزری و پردازش شیشه در حال تکامل هستند و برای تولید در سطح پنلهای بزرگ مناسب میباشند.
III. TSV در مقابل TGV: مقایسه و دامنههای کاربرد
| مورد | TSV (از طریق سیلیکون ویا) | قطار TGV (از طریق شیشه) |
| بستر | سیلیکون تک کریستالی | شیشههای مخصوص (بوروفلوت، کورنینگ، شات و غیره) |
| قطر سوراخ | ۵–۵۰ میکرومتر | ۲۰ تا ۱۵۰ میکرومتر |
| عمق سوراخ | ۳۰ تا ۱۰۰ میکرومتر | ۱۰۰–۴۰۰ میکرومتر |
| عایق | لایه عایق اضافی مورد نیاز است | شیشه ذاتاً عایق |
| تطبیق ضریب انبساط حرارتی | تفاوتهای قابل توجه در مقایسه با مس | مشابه مس، تنش حرارتی کم |
| هزینه فرآیند | بالا | نسبتاً پایینتر |
| کاربردها | انباشت سه بعدی منطق/حافظه | SiP، حسگرها، بستهبندی اپتوالکترونیکی، آنتنها، MEMS |
TSV همچنان انتخاب اصلی برای پشتهسازی سهبعدی حافظه و منطق با کارایی بالا است، در حالی که TGV به سرعت در SiP، ادغام اپتوالکترونیکی، حسگرها و دستگاههای RF در حال گسترش است.
با رسیدن اندازه زیرلایه شیشهای به بستهبندی سطح پنل (PLP)، TGV به یک پلتفرم اتصال ایدهآل برای ارتباطات 5G، رادار خودرو، اپتیک واقعیت افزوده و بستهبندی Mini/Micro LED تبدیل میشود.
چهارم. از سیلیکون تا شیشه: مزایای سطح سیستم
معرفی شیشه صرفاً یک جایگزین مواد نیست؛ بلکه نشاندهندهی تغییری در فلسفهی طراحی در سطح سیستم است.
عملکرد الکتریکی: شیشه با Dk پایین به طور قابل توجهی تأخیر سیگنال و مصرف برق را کاهش میدهد.
یکپارچگی ساختاری: TGV برای بستهبندیهای با مساحت بزرگ، مسطح بودن بالاتر و تابخوردگی کمتری ارائه میدهد.
انعطافپذیری در تولید: پردازش لیزری همراه با PVD خلاء، امکان سازگاری و مقیاسپذیری بالای فرآیند را فراهم میکند.
به طور خاص، برای یکپارچهسازی اپتوالکترونیکی، شفافیت نوری شیشه امکان طراحی بستهبندیهایی را فراهم میکند که در آنها زیرلایه نه تنها از اتصالات الکتریکی، بلکه از موجبرها، لنزها و پنجرههای حسگر نیز پشتیبانی میکند، که دستیابی به آن با TSV دشوار است.
محلول پوشش لایه بذر TGV وکیوم V. ZhenHua
مزایای تجهیزات:
بهینهسازی پوششدهی عمیق Via: فناوری اختصاصی پوششدهی عمیق Via که قادر به پوششدهی Viaهایی به کوچکی 30 میکرومتر با نسبت ابعاد >10:1 است و چالشهای پیچیدهی Viaهای عمیق را برطرف میکند.
قابل تنظیم برای اندازههای مختلف: از زیرلایههای شیشهای شامل ۶۰۰×۶۰۰ میلیمتر، ۵۱۰×۵۱۵ میلیمتر یا بزرگتر پشتیبانی میکند.
انعطافپذیری فرآیند: سازگار با مس، تیتانیوم، نیکل، پلاتین و سایر لایههای نازک رسانا یا کاربردی برای برآورده کردن الزامات مختلف مقاومت الکتریکی و خوردگی.
عملکرد پایدار و نگهداری آسان: مجهز به کنترل هوشمند برای تنظیم خودکار پارامترها و نظارت بر یکنواختی ضخامت در لحظه؛ طراحی ماژولار، نگهداری را تسهیل کرده و زمان از کارافتادگی را کاهش میدهد.
دامنه کاربرد: مناسب برای بستهبندیهای پیشرفته TGV/TSV/TMV، با پوششدهی عمیق از طریق لایه بذر با نسبت ابعاد ۱۰:۱.
—این مقاله توسط منتشر شده استتجهیزات پوششدهی در خلاء تولیدکننده ژنهوا وکیوم
زمان ارسال: ۱۶ اکتبر ۲۰۲۵