Na evolución da tecnoloxía de empaquetado de semicondutores, as interconexións verticais sempre foron un factor clave que determina o rendemento do sistema, a pegada e o consumo de enerxía. Desde as primeiras técnicas de unión por cable e flip-chip ata a aparición dos circuítos integrados apilados en 3D, a industria estivo a buscar solucións de interconexión de maior densidade e máis curtas.
Neste contexto, a TSV (Through Silicon Via) e a TGV (Through Glass Via) xurdiron como dúas tecnoloxías de interconexión vertical principais. Difiren nos sistemas de materiais, procesos de fabricación, características de rendemento e dominios de aplicación, o que representa un punto fundamental no desenvolvemento de envases de próxima xeración.
I. TSV: Pioneira do envasado 3D
1. Principio técnico
TSV refírese a vías de alta relación de aspecto gravadas a través dun substrato de silicio (normalmente de decenas a centos de micras de profundidade), seguidas da formación dunha capa illante, unha capa de semente metálica e un recheo metálico (normalmente cobre) nas paredes da vía. Estas vías verticais permiten interconexións eléctricas de alta velocidade entre capas de chips apiladas.
2. Fluxo do proceso
O proceso típico de fabricación de TSV inclúe:
Gravado profundo de silicio (DRIE): Crea vías de alta relación de aspecto na oblea de silicio.
Deposición da capa illante: Normalmente deposítase SiO₂ mediante PECVD para illar electricamente o recheo metálico do substrato de silicio.
Deposición da capa de sementes e galvanoplastia: deposición por PVD dunha capa de sementes metálica seguida de galvanoplastia de cobre.
Pulido químico-mecánico (CMP): elimina o exceso de metal para conseguir unha superficie planarizada.
3. Vantaxes e limitacións
O TSV ofrece rutas de interconexión extremadamente curtas, baixa latencia de sinal, baixo consumo de enerxía e gran ancho de banda, o que o converte nun facilitador fundamental para a computación de alto rendemento e a memoria de gran ancho de banda.
Non obstante, o TSV tamén ten limitacións:
Problemas de tensión térmica: unha gran discrepancia no CTE entre o silicio e o cobre pode reducir a fiabilidade.
Alto custo do proceso: o gravado profundo, a galvanoplastia e a CMP son complexos e sensibles ao rendemento.
Desafíos de illamento eléctrico: o grosor e a uniformidade da capa illante afectan directamente a resistencia dieléctrica.
A medida que aumenta a densidade de integración de chips, os conflitos entre o rendemento e o custo impulsaron a exploración de materiais alternativos, creando a oportunidade para o TGV.
II. TGV: Innovación en interconexión baseada en vidro
1. Principio técnico
O TGV usa substratos de vidro en lugar de silicio. As vías de alta precisión fórmanse mediante perforación láser ou gravado húmido, seguido da deposición dunha capa de semente de metal e galvanoplastia, conseguindo interconexións verticais similares ás TSV.
O vidro ofrece un excelente illamento eléctrico, unha baixa constante dieléctrica (Dk), unha baixa perda dieléctrica (Df) e unha excelente estabilidade dimensional, o que fai que o TGV sexa moi atractivo para a transmisión de sinais de alta velocidade e o empaquetado optoelectrónico.
2. Fluxo do proceso
Os pasos clave na fabricación dun TGV inclúen:
Perforación láser: os láseres ultrarrápidos forman microvías en vidro con diámetros que normalmente oscilan entre 20 e 150 μm.
Deposición da capa de semente: a PVD, como a pulverización catódica con magnetrón, deposita unha capa condutora uniforme nas paredes da vía.
Galvanoplastia de metal: Unha aliaxe de cobre ou níquel-cobre enche as vías para formar conexións eléctricas a través do vidro.
Planarización e creación de padrones: permite interconexións multicapa ou unión a chips de circuítos integrados.
3. Vantaxes
En comparación co TSV, o TGV demostra varias vantaxes:
Baixa perda dieléctrica: o vidro Dk ten aproximadamente 1/3 de silicio, o que reduce a diafonía do sinal e a perda de inserción.
Excelente estabilidade térmica: CTE próximo aos metais, minimizando a tensión térmica.
Transparencia óptica: admite a integración optoelectrónica en fotónica e sensores.
Custo controlable: a perforación láser e o procesamento do vidro están madurando, axeitados para a produción a nivel de paneis de gran superficie.
III. TSV vs TGV: comparación e dominios de aplicación
| Elemento | TSV (a través de vía de silicio) | TGV (vía a través do vidro) |
| Substrato | silicio monocristalino | Vidro especial (Borofloat, Corning, Schott, etc.) |
| Diámetro do burato | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Profundidade do burato | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Illamento | Requírese unha capa illante adicional | Vidro intrinsecamente illante |
| Adaptación do coeficiente de expansión térmica | Diferenzas significativas en comparación co Cu | Similar ao Cu, baixa tensión térmica |
| Custo do proceso | Alto | Relativamente máis baixo |
| Aplicacións | Apilamento 3D de lóxica/memoria | SiP, sensores, encapsulado optoelectrónico, antenas, MEMS |
O TSV segue a ser a opción principal para a lóxica de alto rendemento e o apilamento 3D de memoria, mentres que o TGV está a expandirse rapidamente en SiP, integración optoelectrónica, sensores e dispositivos RF.
Co tamaño dos substratos de vidro alcanzando o empaquetado a nivel de panel (PLP), TGV está a converterse nunha plataforma de interconexión ideal para a comunicación 5G, o radar para automóbiles, a óptica AR e o empaquetado de mini/micro LED.
IV. Do silicio ao vidro: vantaxes a nivel de sistema
A introdución do vidro non é simplemente unha substitución de materiais; representa un cambio na filosofía de deseño a nivel de sistema.
Rendemento eléctrico: o vidro de baixa densidade de impacto (Dk) reduce significativamente o atraso do sinal e o consumo de enerxía.
Integridade estrutural: o TGV ofrece unha maior planaridade e unha menor deformación para embalaxes de grandes áreas.
Flexibilidade de fabricación: o procesamento láser combinado co PVD ao baleiro permite unha alta compatibilidade e escalabilidade dos procesos.
En particular, para a integración optoelectrónica, a transparencia óptica do vidro permite deseños de envases onde o substrato admite non só interconexións eléctricas, senón tamén guías de onda, lentes e fiestras de sensores, o que é difícil de conseguir con TSV.
Solución de revestimento de capas de sementes TGV ao baleiro V. ZhenHua
Vantaxes do equipo:
Optimización do revestimento de vías profundas: tecnoloxía patentada de revestimento de vías profundas capaz de manexar vías tan pequenas como 30 μm cunha relación de aspecto >10:1, o que aborda os complexos desafíos de vías profundas.
Personalizable para varios tamaños: Admite substratos de vidro de 600 × 600 mm, 510 × 515 mm ou maiores.
Flexibilidade do proceso: Compatible con Cu, Ti, Ni, Pt e outras películas finas condutoras ou funcionais para cumprir diversos requisitos de resistencia eléctrica e á corrosión.
Rendemento estable e mantemento sinxelo: equipado con control intelixente para o axuste automático dos parámetros e a monitorización en tempo real da uniformidade do espesor; o deseño modular facilita o mantemento e reduce o tempo de inactividade.
Ámbito de aplicación: Adecuado para envases avanzados TGV/TSV/TMV, conseguindo un revestimento profundo da capa de sementes a través dunha vía cunha relación de aspecto de 10:1.
—Este artigo foi publicado porequipos de revestimento ao baleiro fabricante Zhenhua Vacuum
Data de publicación: 16 de outubro de 2025