U evoluciji tehnologije pakiranja poluvodiča, vertikalni međuspojevi oduvijek su bili ključni faktor koji je određivao performanse sustava, veličinu i potrošnju energije. Od ranih tehnika spajanja žica i flip-chip do pojave 3D složenih integriranih krugova, industrija je tražila rješenja za međuspojeve veće gustoće i kraće spojeve.
U tom kontekstu, TSV (Through Silicon Via - kroz silicijsku žicu) i TGV (Through Glass Via - kroz staklenu žicu) pojavile su se kao dvije glavne tehnologije vertikalnog međusobnog povezivanja. Razlikuju se u materijalnim sustavima, proizvodnim procesima, karakteristikama performansi i područjima primjene, što predstavlja ključnu točku u razvoju ambalaže sljedeće generacije.
I. TSV: Pionir 3D pakiranja
1. Tehnički princip
TSV se odnosi na prolaze visokog omjera stranica urezane kroz silicijsku podlogu (obično dubine od desetaka do stotina mikrona), nakon čega slijedi formiranje izolacijskog sloja, sloja metalnog sjemena i metalnog ispuna (obično bakra) na stijenkama prolaza. Ovi vertikalni prolazi omogućuju brze električne međusobne veze između složenih slojeva čipa.
2. Tijek procesa
Tipičan proces izrade TSV-a uključuje:
Dubinsko nagrizanje silicija (DRIE): Stvaranje prolaza visokog omjera stranica u silicijskoj pločici.
Taloženje izolacijskog sloja: Obično se koristi SiO₂ taložen PECVD metodom za električnu izolaciju metalnog ispuna od silicijske podloge.
Taloženje i galvanizacija sloja sjemena: PVD taloženje metalnog sloja sjemena nakon čega slijedi galvanizacija bakra.
Kemijsko-mehaničko poliranje (CMP): Uklonite višak metala kako biste postigli ravnu površinu.
3. Prednosti i ograničenja
TSV nudi izuzetno kratke međusobne putove, nisku latenciju signala, nisku potrošnju energije i visoku propusnost, što ga čini ključnim čimbenikom za visokoučinkovito računalstvo i memoriju visoke propusnosti.
Međutim, TSV također ima ograničenja:
Problemi s toplinskim naprezanjem: Velika neusklađenost u CTE-u između silicija i bakra može smanjiti pouzdanost.
Visoki troškovi procesa: Duboko jetkanje, galvanizacija i CMP su složeni i osjetljivi na prinos.
Izazovi električne izolacije: Debljina i ujednačenost izolacijskog sloja izravno utječu na dielektričnu čvrstoću.
Kako se gustoća integracije čipova povećava, sukobi između prinosa i troškova potaknuli su istraživanje alternativnih materijala - stvarajući priliku za TGV.
II. TGV: Inovacije međusobnih veza na bazi stakla
1. Tehnički princip
TGV koristi staklene podloge umjesto silicija. Visokoprecizni otvori se formiraju laserskim bušenjem ili mokrim jetkanjem, nakon čega slijedi nanošenje metalnog sloja i galvanizacija, postižući vertikalne međusobne veze slične TSV-u.
Staklo nudi izvrsnu električnu izolaciju, nisku dielektričnu konstantu (Dk), niske dielektrične gubitke (Df) i izvanrednu dimenzijsku stabilnost, što TGV čini vrlo atraktivnim za brzi prijenos signala i optoelektroničko pakiranje.
2. Tijek procesa
Ključni koraci u proizvodnji TGV-a uključuju:
Lasersko bušenje: Ultrabrzi laseri formiraju mikrootvore u staklu promjera obično u rasponu od 20 do 150 μm.
Taloženje sloja sjemena: PVD, poput magnetronskog raspršivanja, taloži jednolični vodljivi sloj na stijenkama prolaza.
Galvanizacija metala: Bakar ili legura nikla i bakra ispunjava prolaze kako bi se formirali električni spojevi kroz staklo.
Planarizacija i oblikovanje: Omogućuje višeslojne međusobne veze ili povezivanje s IC čipovima.
3. Prednosti
U usporedbi s TSV-om, TGV pokazuje nekoliko prednosti:
Niski dielektrični gubici: Dk stakla je otprilike 1/3 silicija, što smanjuje preslušavanje signala i gubitak unesenog signala.
Izvrsna toplinska stabilnost: KTŠ blizu metala, što minimizira toplinsko naprezanje.
Optička transparentnost: Podržava optoelektroničku integraciju u fotoniku i senzore.
Kontrolirani troškovi: Lasersko bušenje i obrada stakla sazrijevaju, pogodni za proizvodnju panela velikih površina.
III. TSV vs TGV: Usporedba i područja primjene
| Artikal | TSV (kroz silicijsku vezu) | TGV (vlak kroz staklo) |
| Podloga | Monokristalni silicij | Specijalno staklo (Borofloat, Corning, Schott, itd.) |
| Promjer rupe | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Dubina rupe | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Izolacija | Potreban dodatni izolacijski sloj | Staklo s intrinzičnom izolacijom |
| Usklađivanje koeficijenta toplinskog širenja | Značajne razlike u usporedbi s Cu | Slično kao Cu, nisko toplinsko naprezanje |
| Trošak procesa | Visoko | Relativno niže |
| Primjene | 3D slaganje logike/memorije | SiP, senzori, optoelektronička ambalaža, antene, MEMS |
TSV ostaje glavni izbor za visokoučinkovito 3D slaganje logike i memorije, dok se TGV brzo širi u SiP-u, optoelektroničkoj integraciji, senzorima i RF uređajima.
S veličinom staklene podloge koja doseže pakiranje na razini panela (PLP), TGV postaje idealna platforma za međusobno povezivanje za 5G komunikaciju, automobilski radar, AR optiku i Mini/Micro LED pakiranje.
IV. Od silicija do stakla: Prednosti na razini sustava
Uvođenje stakla nije samo zamjena materijala; ono predstavlja promjenu u filozofiji dizajna na razini sustava.
Električne performanse: Staklo s niskim Dk značajno smanjuje kašnjenje signala i potrošnju energije.
Strukturni integritet: TGV nudi veću planarnost i manje savijanje za pakiranje velikih površina.
Fleksibilnost proizvodnje: Laserska obrada u kombinaciji s vakuumskim PVD-om omogućuje visoku kompatibilnost procesa i skalabilnost.
Posebno, za optoelektroničku integraciju, optička prozirnost stakla omogućuje dizajn pakiranja gdje podloga ne podržava samo električne međuspojeve već i valovode, leće i prozore senzora, što je teško postići s TSV-om.
V. ZhenHua vakuumsko rješenje za premazivanje sloja sjemena TGV-a
Prednosti opreme:
Optimizacija dubokog premaza za prolaze: Vlastita tehnologija dubokog premaza za prolaze sposobna za rukovanje prolazima veličine i do 30 μm s omjerom stranica >10:1, rješavajući složene izazove dubokih prolaza.
Prilagodljivo za različite veličine: Podržava staklene podloge, uključujući 600 × 600 mm, 510 × 515 mm ili veće.
Fleksibilnost procesa: Kompatibilan s Cu, Ti, Ni, Pt i drugim vodljivim ili funkcionalnim tankim filmovima kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi za električnu otpornost i otpornost na koroziju.
Stabilne performanse i jednostavno održavanje: Opremljen pametnim upravljanjem za automatsko podešavanje parametara i praćenje ujednačenosti debljine u stvarnom vremenu; modularni dizajn olakšava održavanje i smanjuje vrijeme zastoja.
Područje primjene: Pogodno za napredno pakiranje TGV/TSV/TMV, postižući duboki premaz putem sloja sjemena s omjerom stranica 10:1.
—Ovaj članak je objavio/laoprema za vakuumsko premazivanje proizvođač Zhenhua Vacuum
Vrijeme objave: 16. listopada 2025.