Dari TSV ke TGV: Evolusi Material dan Perbedaan Manufaktur pada Interkoneksi Through-Via

Dalam evolusi teknologi pengemasan semikonduktor, interkoneksi vertikal selalu menjadi faktor kunci yang menentukan kinerja sistem, ukuran, dan konsumsi daya. Dari teknik pengikatan kawat dan flip-chip awal hingga munculnya IC bertumpuk 3D, industri telah mencari solusi interkoneksi dengan kepadatan lebih tinggi dan lebih pendek.

Dalam konteks ini, TSV (Through Silicon Via) dan TGV (Through Glass Via) telah muncul sebagai dua teknologi interkoneksi vertikal utama. Keduanya berbeda dalam sistem material, proses manufaktur, karakteristik kinerja, dan domain aplikasi, yang mewakili titik penting dalam pengembangan kemasan generasi berikutnya.

I. TSV: Pelopor Kemasan 3D
1. Prinsip Teknis

TSV mengacu pada vias dengan rasio aspek tinggi yang diukir melalui substrat silikon (biasanya sedalam puluhan hingga ratusan mikron), diikuti dengan pembentukan lapisan isolasi, lapisan benih logam, dan pengisi logam (biasanya tembaga) pada dinding via. Vias vertikal ini memungkinkan interkoneksi listrik berkecepatan tinggi antara lapisan chip yang ditumpuk.

2. Alur Proses

Proses fabrikasi TSV yang umum meliputi:

Deep Silicon Etching (DRIE): Membuat vias dengan rasio aspek tinggi pada wafer silikon.

Deposisi Lapisan Isolasi: Biasanya SiO₂ yang diendapkan dengan PECVD untuk mengisolasi secara elektrik pengisi logam dari substrat silikon.

Deposisi Lapisan Benih dan Elektroplating: Deposisi PVD lapisan benih logam diikuti dengan elektroplating tembaga.

Pemolesan Mekanik Kimia (CMP): Menghilangkan kelebihan logam untuk mendapatkan permukaan yang rata.

3. Keuntungan dan Keterbatasan

TSV menawarkan jalur interkoneksi yang sangat pendek, latensi sinyal rendah, konsumsi daya rendah, dan bandwidth tinggi, menjadikannya pendukung penting untuk komputasi berkinerja tinggi dan memori bandwidth tinggi.

Namun, TSV juga memiliki keterbatasan:

Masalah tegangan termal: Perbedaan besar dalam koefisien ekspansi termal (CTE) antara silikon dan tembaga dapat mengurangi keandalan.

Biaya proses yang tinggi: Pengukiran dalam, pelapisan listrik, dan CMP adalah proses yang kompleks dan sensitif terhadap hasil produksi.

Tantangan isolasi listrik: Ketebalan dan keseragaman lapisan isolasi secara langsung memengaruhi kekuatan dielektrik.

Seiring meningkatnya kepadatan integrasi chip, konflik antara hasil produksi dan biaya telah mendorong eksplorasi material alternatif—menciptakan peluang bagi TGV.

II. TGV: Inovasi Interkoneksi Berbasis Kaca
1. Prinsip Teknis

TGV menggunakan substrat kaca, bukan silikon. Via presisi tinggi dibentuk dengan pengeboran laser atau etsa basah, diikuti dengan pengendapan lapisan benih logam dan pelapisan listrik, sehingga menghasilkan interkoneksi vertikal yang mirip dengan TSV.

Kaca menawarkan isolasi listrik yang sangat baik, konstanta dielektrik rendah (Dk), kerugian dielektrik rendah (Df), dan stabilitas dimensi yang luar biasa, sehingga menjadikan TGV sangat menarik untuk transmisi sinyal kecepatan tinggi dan pengemasan optoelektronik.

2. Alur Proses

Langkah-langkah utama dalam fabrikasi TGV meliputi:

Pengeboran Laser: Laser ultra cepat membentuk lubang mikro pada kaca dengan diameter biasanya berkisar antara 20–150 μm.

Deposisi Lapisan Benih: PVD, seperti sputtering magnetron, mendepositkan lapisan konduktif seragam pada dinding via.

Pelapisan Elektro Logam: Tembaga atau paduan nikel-tembaga mengisi lubang-lubang untuk membentuk sambungan listrik tembus kaca.

Planarisasi dan Pembuatan Pola: Memungkinkan interkoneksi multi-lapisan atau pengikatan ke chip IC.

3. Keuntungan

Dibandingkan dengan TSV, TGV menunjukkan beberapa keuntungan:

Kerugian dielektrik rendah: Nilai Dk kaca sekitar 1/3 dari silikon, sehingga mengurangi interferensi sinyal dan kerugian penyisipan.

Stabilitas termal yang sangat baik: CTE mendekati logam, meminimalkan tekanan termal.

Transparansi optik: Mendukung integrasi optoelektronik dalam fotonika dan sensor.

Biaya yang terkendali: Pengeboran laser dan pemrosesan kaca semakin matang, cocok untuk produksi panel skala besar.

III. TSV vs TGV: Perbandingan dan Domain Penerapan

TSV tetap menjadi pilihan utama untuk penumpukan 3D logika dan memori berkinerja tinggi, sementara TGV berkembang pesat di bidang SiP, integrasi optoelektronik, sensor, dan perangkat RF.

Dengan ukuran substrat kaca yang mencapai panel-level packaging (PLP), TGV menjadi platform interkoneksi yang ideal untuk komunikasi 5G, radar otomotif, optik AR, dan pengemasan Mini/Micro LED.

IV. Dari Silikon ke Kaca: Manfaat Tingkat Sistem

Penggunaan kaca bukan sekadar penggantian material; ini mewakili pergeseran filosofi desain pada tingkat sistem.

Performa kelistrikan: Kaca dengan nilai Dk rendah secara signifikan mengurangi penundaan sinyal dan konsumsi daya.

Integritas struktural: TGV menawarkan kerataan yang lebih tinggi dan distorsi yang lebih rendah untuk kemasan area luas.

Fleksibilitas manufaktur: Pemrosesan laser yang dikombinasikan dengan PVD vakum memungkinkan kompatibilitas dan skalabilitas proses yang tinggi.

Secara khusus, untuk integrasi optoelektronik, transparansi optik kaca memungkinkan desain kemasan di mana substrat tidak hanya mendukung interkoneksi listrik tetapi juga pandu gelombang, lensa, dan jendela sensor, yang sulit dicapai dengan TSV.

Larutan Pelapis Lapisan Benih Vakum TGV V. ZhenHua

Keunggulan Peralatan:

Optimasi Pelapisan Via Dalam: Teknologi pelapisan via dalam milik perusahaan yang mampu menangani via sekecil 30 μm dengan rasio aspek >10:1, mengatasi tantangan via dalam yang kompleks.

Dapat Disesuaikan untuk Berbagai Ukuran: Mendukung substrat kaca termasuk 600×600 mm, 510×515 mm, atau lebih besar.

Fleksibilitas Proses: Kompatibel dengan Cu, Ti, Ni, Pt, dan film tipis konduktif atau fungsional lainnya untuk memenuhi beragam persyaratan ketahanan listrik dan korosi.

Performa Stabil & Perawatan Mudah: Dilengkapi dengan kontrol cerdas untuk penyesuaian parameter otomatis dan pemantauan keseragaman ketebalan secara real-time; desain modular memudahkan perawatan dan mengurangi waktu henti.

Lingkup Aplikasi: Cocok untuk pengemasan canggih TGV/TSV/TMV, mencapai pelapisan lapisan benih via yang dalam dengan rasio aspek 10:1.

—Artikel ini diterbitkan olehperalatan pelapisan vakum produsen Zhenhua Vacuum