Nell'evoluzione della tecnologia di packaging dei semiconduttori, le interconnessioni verticali sono sempre state un fattore chiave nel determinare le prestazioni del sistema, l'ingombro e il consumo energetico. Dalle prime tecniche di wire bonding e flip-chip all'avvento dei circuiti integrati impilati in 3D, l'industria ha sempre cercato soluzioni di interconnessione più dense e più corte.
In questo contesto, TSV (Through Silicon Via) e TGV (Through Glass Via) si sono affermate come due tecnologie di interconnessione verticale di primaria importanza. Differiscono per sistemi di materiali, processi di produzione, caratteristiche prestazionali e ambiti di applicazione, rappresentando un punto di svolta nello sviluppo del packaging di nuova generazione.
I. TSV: Pioniere del packaging 3D
1. Principio tecnico
TSV si riferisce a fori passanti verticali ad alto rapporto d'aspetto incisi attraverso un substrato di silicio (tipicamente con una profondità da decine a centinaia di micron), seguiti dalla formazione di uno strato isolante, uno strato di innesco metallico e un riempimento metallico (solitamente rame) sulle pareti del foro. Questi fori passanti verticali consentono interconnessioni elettriche ad alta velocità tra strati di chip sovrapposti.
2. Flusso di processo
Il tipico processo di fabbricazione dei TSV comprende:
Incisione profonda del silicio (DRIE): creazione di fori passanti ad alto rapporto d'aspetto nel wafer di silicio.
Deposizione dello strato isolante: solitamente si utilizza SiO₂ depositato tramite PECVD per isolare elettricamente il riempimento metallico dal substrato di silicio.
Deposizione dello strato di innesco ed elettrodeposizione: deposizione PVD di uno strato di innesco metallico seguita da elettrodeposizione di rame.
Lucidatura chimico-meccanica (CMP): rimozione del metallo in eccesso per ottenere una superficie planare.
3. Vantaggi e limiti
TSV offre percorsi di interconnessione estremamente brevi, bassa latenza del segnale, basso consumo energetico e larghezza di banda elevata, il che lo rende un elemento abilitante fondamentale per il calcolo ad alte prestazioni e le memorie ad alta larghezza di banda.
Tuttavia, anche TSV presenta delle limitazioni:
Problemi di stress termico: un'elevata differenza nel coefficiente di dilatazione termica (CTE) tra silicio e rame può ridurre l'affidabilità.
Costi di processo elevati: la decapaggio profondo, la galvanostegia e la lucidatura chimico-meccanica (CMP) sono processi complessi e sensibili alla resa produttiva.
Sfide dell'isolamento elettrico: lo spessore e l'uniformità dello strato isolante influenzano direttamente la rigidità dielettrica.
Con l'aumento della densità di integrazione dei chip, i conflitti tra resa e costi hanno spinto alla ricerca di materiali alternativi, creando così l'opportunità per la tecnologia TGV.
II. TGV: Innovazione nell'interconnessione basata sul vetro
1. Principio tecnico
La tecnologia TGV utilizza substrati di vetro anziché di silicio. I fori passanti ad alta precisione vengono formati mediante perforazione laser o incisione chimica a umido, seguiti dalla deposizione di uno strato di innesco metallico e da un processo di galvanostegia, ottenendo interconnessioni verticali simili a quelle della tecnologia TSV.
Il vetro offre un eccellente isolamento elettrico, una bassa costante dielettrica (Dk), basse perdite dielettriche (Df) e una straordinaria stabilità dimensionale, caratteristiche che lo rendono estremamente interessante per la trasmissione di segnali ad alta velocità e per il packaging optoelettronico.
2. Flusso di processo
Le fasi chiave nella fabbricazione dei TGV includono:
Foratura laser: i laser ultrarapidi creano microfori nel vetro con diametri che in genere vanno da 20 a 150 μm.
Deposizione dello strato di innesco: la PVD, come ad esempio la deposizione per sputtering magnetron, deposita uno strato conduttivo uniforme sulle pareti dei fori passanti.
Galvanizzazione metallica: il rame o una lega di nichel-rame riempie i fori passanti per formare connessioni elettriche attraverso il vetro.
Planarizzazione e modellazione: consente interconnessioni multistrato o il collegamento a chip IC.
3. Vantaggi
Rispetto alla TSV, la TGV presenta diversi vantaggi:
Bassa perdita dielettrica: la costante dielettrica del vetro è circa 1/3 di quella del silicio, riducendo la diafonia del segnale e la perdita di inserzione.
Eccellente stabilità termica: coefficiente di dilatazione termica (CTE) simile a quello dei metalli, il che riduce al minimo le sollecitazioni termiche.
Trasparenza ottica: favorisce l'integrazione optoelettronica in fotonica e sensori.
Costi controllabili: la foratura laser e la lavorazione del vetro sono tecnologie mature, adatte alla produzione di pannelli di grandi dimensioni.
III. TSV vs TGV: confronto e ambiti di applicazione
| Articolo | TSV (Through Silicon Via) | TGV (Through Glass Via) |
| Substrato | Silicio monocristallino | Vetro speciale (Borofloat, Corning, Schott, ecc.) |
| Diametro del foro | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Profondità del foro | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Isolamento | È necessario uno strato isolante aggiuntivo | Vetro intrinsecamente isolante |
| Corrispondenza del coefficiente di dilatazione termica | Differenze significative rispetto al Cu | Simile al Cu, basso stress termico |
| Costo del motore | Alto | Relativamente inferiore |
| Applicazioni | Impilamento 3D logica/memoria | SiP, sensori, packaging optoelettronico, antenne, MEMS |
TSV rimane la scelta principale per l'impilamento 3D di logica e memoria ad alte prestazioni, mentre TGV si sta rapidamente espandendo in SiP, integrazione optoelettronica, sensori e dispositivi RF.
Grazie alle dimensioni dei substrati di vetro che raggiungono il livello di packaging a pannello (PLP), il TGV si sta affermando come piattaforma di interconnessione ideale per le comunicazioni 5G, i radar automobilistici, l'ottica AR e il packaging di mini/micro LED.
IV. Dal silicio al vetro: vantaggi a livello di sistema
L'introduzione del vetro non si limita alla semplice sostituzione di un materiale; rappresenta un cambiamento nella filosofia progettuale a livello di sistema.
Prestazioni elettriche: il vetro a bassa costante dielettrica (Dk) riduce significativamente il ritardo del segnale e il consumo energetico.
Integrità strutturale: TGV offre una planarità superiore e una minore deformazione per imballaggi di grandi dimensioni.
Flessibilità produttiva: la lavorazione laser combinata con la deposizione fisica da fase vapore sotto vuoto garantisce elevata compatibilità e scalabilità dei processi.
In particolare, per l'integrazione optoelettronica, la trasparenza ottica del vetro consente di realizzare progetti di packaging in cui il substrato supporta non solo interconnessioni elettriche, ma anche guide d'onda, lenti e finestre per sensori, cosa difficile da ottenere con i TSV.
Soluzione di rivestimento dello strato di semina per TGV sottovuoto di V. ZhenHua
Vantaggi dell'attrezzatura:
Ottimizzazione del rivestimento dei fori passanti profondi: tecnologia proprietaria di rivestimento dei fori passanti profondi in grado di gestire fori passanti di dimensioni fino a 30 μm con un rapporto di aspetto >10:1, risolvendo le complesse problematiche relative ai fori passanti profondi.
Personalizzabile per diverse dimensioni: supporta substrati in vetro di dimensioni comprese tra 600×600 mm, 510×515 mm o superiori.
Flessibilità di processo: compatibile con Cu, Ti, Ni, Pt e altri film sottili conduttivi o funzionali per soddisfare diverse esigenze di resistenza elettrica e alla corrosione.
Prestazioni stabili e manutenzione semplificata: dotata di controllo intelligente per la regolazione automatica dei parametri e il monitoraggio in tempo reale dell'uniformità dello spessore; il design modulare facilita la manutenzione e riduce i tempi di inattività.
Ambito di applicazione: Adatto per imballaggi avanzati TGV/TSV/TMV, per ottenere un rivestimento profondo dello strato di semi con rapporto di aspetto 10:1.
—Questo articolo è stato pubblicato daattrezzature per rivestimento sottovuoto produttore Zhenhua Vacuum
Data di pubblicazione: 16 ottobre 2025