Puolijohdepakkaustekniikan kehityksessä vertikaaliset yhteenliitännät ovat aina olleet keskeinen tekijä järjestelmän suorituskyvyn, tilantarpeen ja virrankulutuksen määrittämisessä. Varhaisista johdinliitoksista ja flip-chip-tekniikoista 3D-pinottujen integroitujen piirien syntyyn asti teollisuus on etsinyt tiheämpiä ja lyhyempiä yhteenliitäntäratkaisuja.
Tässä yhteydessä TSV (Through Silicon Via) ja TGV (Through Glass Via) ovat nousseet esiin kahdeksi valtavirran vertikaaliseksi yhteenliitäntätekniikaksi. Ne eroavat toisistaan materiaalijärjestelmien, valmistusprosessien, suorituskykyominaisuuksien ja sovellusalueiden suhteen, mikä edustaa käännekohtaa seuraavan sukupolven pakkauskehityksessä.
I. TSV: 3D-pakkausten edelläkävijä
1. Tekninen periaate
TSV viittaa piisubstraatin läpi syövytettyihin suuren kuvasuhteen läpivienteihin (tyypillisesti kymmenien tai satojen mikronien syvyisiin), joita seuraa eristävän kerroksen, metallisen siemenkerroksen ja metallitäytteen (yleensä kuparin) muodostaminen läpivientien seinämille. Nämä pystysuuntaiset läpiviennit mahdollistavat nopeat sähköiset yhteydet pinottujen sirukerrosten välillä.
2. Prosessin kulku
Tyypillinen TSV:n valmistusprosessi sisältää:
Syväpiin syövytys (DRIE): Luo piikiekkoon korkean kuvasuhteen omaavia reikiä.
Eristävä kerrospinnoitus: Yleensä PECVD-pinnoitettu SiO₂ eristää metallitäytteen sähköisesti piisubstraatista.
Siemenkerroksen pinnoitus ja galvanointi: Metallisen siemenkerroksen PVD-pinnoitus, jota seuraa kuparigalvanointi.
Kemiallinen mekaaninen kiillotus (CMP): Poista ylimääräinen metalli tasaisen pinnan saavuttamiseksi.
3. Edut ja rajoitukset
TSV tarjoaa erittäin lyhyet yhteenliitäntäreitit, pienen signaalilatenssin, alhaisen virrankulutuksen ja suuren kaistanleveyden, mikä tekee siitä kriittisen mahdollistajan suurteholaskentaan ja suuren kaistanleveyden muistiin.
TSV:llä on kuitenkin myös rajoituksia:
Lämpöjännitysongelmat: Piin ja kuparin välinen suuri CTE-ero voi heikentää luotettavuutta.
Korkeat prosessikustannukset: Syväetsaus, galvanointi ja CMP ovat monimutkaisia ja saantoherkkiä.
Sähköeristyksen haasteet: Eristyskerroksen paksuus ja tasaisuus vaikuttavat suoraan dielektriseen lujuuteen.
Siruintegraatiotiheyden kasvaessa tuoton ja kustannusten väliset ristiriidat ovat ajaneet vaihtoehtoisten materiaalien etsimistä – mikä on luonut mahdollisuuksia TGV:lle.
II. TGV: Lasipohjainen yhteenliittämisen innovaatio
1. Tekninen periaate
TGV käyttää lasisubstraatteja piin sijasta. Tarkat läpiviennit muodostetaan laserporauksella tai märkäetsauksella, minkä jälkeen niihin kerrostetaan metallisiemenkerros ja ne galvanoidaan, jolloin saavutetaan TSV:n kaltaiset pystysuorat yhteenliitännät.
Lasi tarjoaa erinomaisen sähköeristyksen, alhaisen dielektrisen vakion (Dk), pienen dielektrisen häviön (Df) ja erinomaisen mittapysyvyyden, mikä tekee TGV:stä erittäin houkuttelevan ratkaisun nopeaan signaalinsiirtoon ja optoelektronisiin pakkauksiin.
2. Prosessin kulku
TGV-valmistuksen tärkeimpiä vaiheita ovat:
Laserporaus: Ultranopeat laserit muodostavat lasiin mikroläpikulkuja, joiden halkaisijat ovat tyypillisesti 20–150 μm.
Siemenkerroksen laskeutuminen: PVD, kuten magnetronisputterointi, laskee tasaisen johtavan kerroksen läpivientien seinämille.
Metallin galvanointi: Kupari tai nikkeli-kupariseos täyttää läpiviennit lasin läpi kulkevien sähköliitäntöjen muodostamiseksi.
Planarisointi ja kuviointi: Mahdollistaa monikerroksiset yhteenliitännät tai liittämisen IC-siruihin.
3. Edut
Verrattuna TSV:hen, TGV:llä on useita etuja:
Alhainen dielektrinen häviö: Lasi Dk on noin 1/3 piistä, mikä vähentää signaalin ylikuulumista ja lisäyshäviötä.
Erinomainen lämmönkestävyys: CTE lähellä metalleja, mikä minimoi lämpöjännityksen.
Optinen läpinäkyvyys: Tukee optoelektronista integrointia fotoniikkaan ja antureihin.
Hallittavat kustannukset: Laserporaus ja lasinjalostus ovat kypsymässä ja soveltuvat laaja-alaiseen paneelitason tuotantoon.
III. TSV vs. TGV: Vertailu ja sovellusalueet
| Tuote | TSV (Pii-kaapelin kautta) | TGV (lasin läpi) |
| Alusta | Monokiteinen pii | Erikoislasit (Borofloat, Corning, Schott jne.) |
| Reiän halkaisija | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Reiän syvyys | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Eristys | Lisäeristyskerros vaaditaan | Lasi on luonnostaan eristävä |
| Lämpölaajenemiskertoimen yhteensovittaminen | Merkittäviä eroja Cu:hun verrattuna | Samanlainen kuin Cu, pieni lämpöjännitys |
| Prosessikustannukset | Korkea | Suhteellisen alhaisempi |
| Sovellukset | Logiikka/muisti 3D-pinoaminen | SiP, anturit, optoelektroniset pakkaukset, antennit, MEMS |
TSV on edelleen valtavirran valinta tehokkaaseen logiikkaan ja muistin 3D-pinoamiseen, kun taas TGV laajenee nopeasti SiP:ssä, optoelektronisessa integraatiossa, antureissa ja RF-laitteissa.
Lasisubstraattien kokojen saavuttaessa paneelitason pakkaukset (PLP), TGV:stä on tulossa ihanteellinen yhteenliitäntäalusta 5G-viestinnälle, autoteollisuuden tutkarakenteille, AR-optiikalle ja Mini/Micro LED -pakkauksille.
IV. Piistä lasiin: Järjestelmätason hyödyt
Lasin käyttöönotto ei ole pelkästään materiaalin korvaaminen; se edustaa muutosta järjestelmätason suunnittelufilosofiassa.
Sähköinen suorituskyky: Matala Dk-arvoinen lasi vähentää merkittävästi signaalin viivettä ja virrankulutusta.
Rakenteellinen eheys: TGV tarjoaa paremman tasomaisuuden ja pienemmän vääntymisen laaja-alaisille pakkauksille.
Valmistuksen joustavuus: Laserkäsittely yhdistettynä tyhjiö-PVD:hen mahdollistaa korkean prosessiyhteensopivuuden ja skaalautuvuuden.
Erityisesti optoelektronisessa integroinnissa lasin optinen läpinäkyvyys mahdollistaa pakkaussuunnittelun, jossa alusta tukee paitsi sähköisiä liitäntöjä myös aaltojohteita, linssejä ja anturi-ikkunoita, mikä on vaikea saavuttaa TSV:llä.
V. ZhenHua Vacuum TGV -siemenkerrospinnoitusliuos
Laitteiden edut:
Syväreikäpinnoituksen optimointi: Patentoitu syväreikäpinnoitustekniikka, joka pystyy käsittelemään jopa 30 μm:n kokoisia reikiä >10:1-kuvasuhteella, ja vastaa monimutkaisiin syväreikäpinnoitushaasteisiin.
Muokattavissa eri kokoihin: Tukee lasialustoja, mukaan lukien 600 × 600 mm, 510 × 515 mm tai suurempi.
Prosessin joustavuus: Yhteensopiva Cu-, Ti-, Ni-, Pt- ja muiden johtavien tai toiminnallisten ohutkalvojen kanssa erilaisten sähkö- ja korroosionkestävyysvaatimusten täyttämiseksi.
Vakaa suorituskyky ja helppo huolto: Varustettu älykkäällä ohjauksella automaattiseen parametrien säätöön ja paksuuden tasaisuuden reaaliaikaiseen seurantaan; modulaarinen rakenne helpottaa huoltoa ja vähentää seisokkiaikoja.
Soveltamisala: Soveltuu TGV/TSV/TMV-erikoispakkauksiin, joissa saavutetaan syvä pinnoite siemenkerroksen kautta ja kuvasuhde 10:1.
—Tämä artikkeli on julkaistutyhjiöpinnoituslaitteet valmistaja Zhenhua Vacuum
Julkaisuaika: 16.10.2025