A félvezető tokozási technológia fejlődésében a vertikális összeköttetések mindig is kulcsfontosságú tényezők voltak a rendszer teljesítményének, helyigényének és energiafogyasztásának meghatározásában. A korai vezetékkötési és flip-chip technikáktól a 3D-s rétegelt integrált áramkörök megjelenéséig az iparág nagyobb sűrűségű és rövidebb összeköttetési megoldásokat keresett.
Ebben az összefüggésben a TSV (Through Silicon Via – szilíciumon keresztüli átvitel) és a TGV (Through Glass Via – üvegszálon keresztüli átvitel) két elterjedt vertikális összekapcsolási technológiaként jelent meg. Ezek anyagrendszereikben, gyártási folyamataikban, teljesítményjellemzőikben és alkalmazási területeikben különböznek, ami a következő generációs csomagolásfejlesztés sarkalatos pontját jelenti.
I. TSV: A 3D csomagolás úttörője
1. Műszaki alapelv
A TSV nagy képarányú furatokat jelöl, amelyeket egy szilícium hordozón marnak át (jellemzően több tíz-száz mikron mélyen), majd ezt követően egy szigetelőréteget, egy fém vetőréteget és egy fém töltetet (általában réz) képeznek az furatok falán. Ezek a függőleges furatok nagysebességű elektromos összekapcsolást tesznek lehetővé az egymásra rakott chiprétegek között.
2. Folyamatfolyamat
A tipikus TSV gyártási folyamat a következőket foglalja magában:
Mély szilíciummaratás (DRIE): Nagy képarányú furatok létrehozása a szilíciumlapon.
Szigetelőréteg leválasztása: Általában PECVD-vel leválasztott SiO₂ a fém töltőanyag elektromos elszigetelésére a szilícium hordozótól.
Vetőmagréteg leválasztása és galvanizálás: Fém vetőmagréteg PVD leválasztása, majd rézgalvanizálás.
Kémiai-mechanikai polírozás (CMP): A felesleges fém eltávolítása sík felületet eredményez.
3. Előnyök és korlátok
A TSV rendkívül rövid összekötési útvonalakat, alacsony jelkésleltetést, alacsony energiafogyasztást és nagy sávszélességet kínál, így kritikus fontosságú a nagy teljesítményű számítástechnika és a nagy sávszélességű memória számára.
A TSV-nek azonban vannak korlátai is:
Hőfeszültség-problémák: A szilícium és a réz közötti hőtágulási együttható (CTE) nagy eltérése csökkentheti a megbízhatóságot.
Magas folyamatköltségek: A mélymaratás, a galvanizálás és a CMP összetett és hozamérzékeny eljárások.
Elektromos szigetelési kihívások: A szigetelőréteg vastagsága és egyenletessége közvetlenül befolyásolja a dielektromos szilárdságot.
Ahogy a chipintegráció sűrűsége növekszik, a hozam és a költség közötti konfliktusok alternatív anyagok feltárását ösztönözték, ami lehetőséget teremtett a TGV számára.
II. TGV: Üvegalapú összekapcsolási innováció
1. Műszaki alapelv
A TGV üvegszubsztrátokat használ szilícium helyett. A nagy pontosságú furatokat lézerfúrással vagy nedves maratással alakítják ki, majd egy fém vetőréteget raknak le rájuk, és galvanizálják, így a TSV-hez hasonló függőleges összeköttetéseket hoznak létre.
Az üveg kiváló elektromos szigetelést, alacsony dielektromos állandót (Dk), alacsony dielektromos veszteséget (Df) és kiemelkedő méretstabilitást kínál, így a TGV rendkívül vonzó a nagy sebességű jelátvitel és az optoelektronikai csomagolás számára.
2. Folyamatfolyamat
A TGV gyártásának főbb lépései a következők:
Lézeres fúrás: Az ultragyors lézerek mikroátvezetőket hoznak létre üvegben, amelyek átmérője jellemzően 20–150 μm.
Vetőréteg leválasztása: A PVD, például a magnetronos porlasztás, egyenletes vezetőréteget képez az átvezető furatok falán.
Fém galvanizálás: Réz vagy nikkel-réz ötvözet tölti ki az átvezető furatokat, hogy üvegen keresztül elektromos csatlakozásokat hozzon létre.
Planarizáció és mintázás: Lehetővé teszi a többrétegű összekapcsolásokat vagy az IC-chipekhez való kötést.
3. Előnyök
A TSV-vel összehasonlítva a TGV számos előnnyel rendelkezik:
Alacsony dielektromos veszteség: Az üveg Dk a szilícium körülbelül 1/3-át teszi ki, ami csökkenti a jeláthallást és a beszúrási veszteséget.
Kiváló hőstabilitás: a hőtágulási együttható közel van a fémekhez, minimalizálva a hőfeszültséget.
Optikai átlátszóság: Támogatja az optoelektronikai integrációt a fotonikában és az érzékelőkben.
Szabályozható költségek: A lézeres fúrás és az üvegmegmunkálás egyre fejlettebb, alkalmassá teszi a nagy felületű, panelszintű gyártást.
III. TSV vs. TGV: Összehasonlítás és alkalmazási területek
| Tétel | TSV (Szilíciumon keresztül) | TGV (üvegen keresztül) |
| Hordozóanyag | Monokristályos szilícium | Speciális üvegek (Borofloat, Corning, Schott stb.) |
| A lyuk átmérője | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Furatmélység | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Szigetelés | További szigetelőréteg szükséges | Az üveg belső hőszigetelő |
| Hőtágulási együttható illesztése | Jelentős különbségek a rézhez képest | Hasonló a rézhez, alacsony hőfeszültség |
| Folyamatköltség | Magas | Viszonylag alacsonyabb |
| Alkalmazások | Logikai/memória 3D-s egymásra rakás | SiP, érzékelők, optoelektronikai tokozás, antennák, MEMS |
A TSV továbbra is a fő választás a nagy teljesítményű logikai és memória 3D-s egymásra rakásához, míg a TGV gyorsan terjeszkedik a SiP, az optoelektronikai integráció, az érzékelők és az RF eszközök területén.
Mivel az üvegszubsztrátumok méretei elérik a panel szintű tokozást (PLP), a TGV ideális összekapcsolási platformmá válik az 5G kommunikáció, az autóipari radarok, az AR optika és a mini/mikro LED tokozások számára.
IV. A szilíciumtól az üvegig: rendszerszintű előnyök
Az üveg bevezetése nem pusztán anyagcsere; a rendszer szintű tervezési filozófiában is változást jelent.
Elektromos teljesítmény: Az alacsony Dk-értékű üveg jelentősen csökkenti a jel késleltetését és az energiafogyasztást.
Szerkezeti integritás: A TGV nagyobb síkfelületet és kisebb vetemedést kínál nagy felületű csomagolás esetén.
Gyártási rugalmasság: A lézeres megmunkálás vákuumos PVD-vel kombinálva nagyfokú folyamatkompatibilitást és skálázhatóságot tesz lehetővé.
Különösen az optoelektronikai integráció esetében az üveg optikai átlátszósága lehetővé teszi olyan csomagolási terveket, ahol az aljzat nemcsak az elektromos összeköttetéseket, hanem hullámvezetőket, lencséket és érzékelőablakokat is támogat, amit a TSV-vel nehéz elérni.
V. ZhenHua vákuumos TGV vetőmagréteg-bevonó oldat
Felszerelés előnyei:
Mélyfurat-bevonatolás optimalizálása: Saját fejlesztésű mélyfurat-bevonatolási technológia, amely akár 30 μm-es furatok kezelésére is képes >10:1 oldalaránnyal, így komplex mélyfurat-kihívásokat is megold.
Különböző méretekhez testreszabható: Támogatja az üvegfelületeket, beleértve a 600 × 600 mm-es, 510 × 515 mm-es vagy nagyobb méreteket.
Folyamatrugalmasság: Kompatibilis Cu, Ti, Ni, Pt és más vezetőképes vagy funkcionális vékonyrétegekkel, hogy megfeleljen a különféle elektromos és korrózióállósági követelményeknek.
Stabil teljesítmény és egyszerű karbantartás: Intelligens vezérléssel felszerelve az automatikus paraméterbeállításhoz és a vastagság egyenletességének valós idejű figyeléséhez; a moduláris kialakítás megkönnyíti a karbantartást és csökkenti az állásidőt.
Alkalmazási terület: Alkalmas TGV/TSV/TMV fejlett csomagoláshoz, mély bevonatot biztosítva a vetőrétegen keresztül 10:1 képaránnyal.
—Ezt a cikket a következő publikáltavákuumos bevonóberendezés gyártó Zhenhua Vacuum
Közzététel ideje: 2025. október 16.