ნახევარგამტარული შეფუთვის ტექნოლოგიის ევოლუციის პროცესში, ვერტიკალური ურთიერთდაკავშირებები ყოველთვის წარმოადგენდა სისტემის მუშაობის, ფართობისა და ენერგომოხმარების განმსაზღვრელ მთავარ ფაქტორს. ადრეული მავთულხლართების შეერთებისა და ფლიპ-ჩიპური ტექნიკიდან დაწყებული, 3D დაწყობილი ინტეგრირებული სქემების გაჩენამდე, ინდუსტრია ეძებდა უფრო მაღალი სიმკვრივის და უფრო მოკლე ურთიერთდაკავშირების გადაწყვეტილებებს.
ამ კონტექსტში, TSV (სილიკონის გავლით) და TGV (მინის გავლით) ვერტიკალური ურთიერთდაკავშირების ორ ძირითად ტექნოლოგიად ჩამოყალიბდა. ისინი განსხვავდებიან მატერიალური სისტემებით, წარმოების პროცესებით, შესრულების მახასიათებლებითა და გამოყენების სფეროებით, რაც ახალი თაობის შეფუთვის შემუშავების გადამწყვეტ წერტილს წარმოადგენს.
I. TSV: 3D შეფუთვის პიონერი
1. ტექნიკური პრინციპი
TSV გულისხმობს მაღალი ასპექტის თანაფარდობის მქონე ვილაციებს, რომლებიც ამოტვიფრულია სილიკონის სუბსტრატში (როგორც წესი, ათეულობით და ასობით მიკრონის სიღრმის), რასაც მოჰყვება ვილაციური ფენის, ლითონის საწყისი ფენის და ლითონის შემავსებლის (როგორც წესი, სპილენძის) წარმოქმნა ვილაციური კედლების კედლებზე. ეს ვერტიკალური ვილაციური არხები უზრუნველყოფს მაღალსიჩქარიან ელექტრო ურთიერთკავშირს ერთმანეთზე დაწყობილ ჩიპების ფენებს შორის.
2. პროცესის მიმდინარეობა
TSV-ის დამზადების ტიპიური პროცესი მოიცავს:
ღრმა სილიკონის გრავირება (DRIE): შექმენით მაღალი ასპექტის თანაფარდობის ვილები სილიკონის ვაფლში.
საიზოლაციო ფენის დატანა: როგორც წესი, PECVD-ით დალექილი SiO₂ ლითონის შემავსებლის სილიციუმის სუბსტრატისგან ელექტრულად იზოლირებისთვის.
თესლის ფენის დატანა და ელექტრომობილიზაცია: ლითონის თესლის ფენის PVD დატანა, რასაც მოჰყვება სპილენძის ელექტრომობილიზაცია.
ქიმიურ-მექანიკური გაპრიალება (CMP): მოაშორეთ ზედმეტი ლითონი გაბრტყელებული ზედაპირის მისაღებად.
3. უპირატესობები და შეზღუდვები
TSV გთავაზობთ უკიდურესად მოკლე ურთიერთდაკავშირების გზებს, სიგნალის დაბალ შეყოვნებას, დაბალ ენერგომოხმარებას და მაღალ გამტარუნარიანობას, რაც მას მაღალი ხარისხის გამოთვლებისა და მაღალი გამტარუნარიანობის მეხსიერების კრიტიკულად მნიშვნელოვან ხელშემწყობ ფაქტორად აქცევს.
თუმცა, TSV-ს ასევე აქვს შეზღუდვები:
თერმული დატვირთვის პრობლემები: სილიციუმსა და სპილენძს შორის CTE-ის დიდმა შეუსაბამობამ შეიძლება შეამციროს საიმედოობა.
პროცესის მაღალი ღირებულება: ღრმა გრავირება, ელექტროპლაკონირება და CMP რთულია და მგრძნობიარეა გამოსავლიანობაზე.
ელექტრო იზოლაციის გამოწვევები: საიზოლაციო ფენის სისქე და ერთგვაროვნება პირდაპირ გავლენას ახდენს დიელექტრიკულ სიმტკიცეზე.
ჩიპების ინტეგრაციის სიმკვრივის ზრდასთან ერთად, მოსავლიანობასა და ფასს შორის კონფლიქტმა ალტერნატიული მასალების ძიება განაპირობა, რამაც TGV-ის შესაძლებლობა შექმნა.
II. TGV: მინის ბაზაზე დაფუძნებული ურთიერთდაკავშირების ინოვაცია
1. ტექნიკური პრინციპი
TGV სილიკონის ნაცვლად მინის სუბსტრატებს იყენებს. მაღალი სიზუსტის ვიალები იქმნება ლაზერული ბურღვით ან სველი გრავირებით, რასაც მოჰყვება ლითონის საწყისი ფენის დალექვა და ელექტრომოლარიზაცია, რითაც მიიღწევა TSV-ის მსგავსი ვერტიკალური ურთიერთდაკავშირებები.
მინა გთავაზობთ შესანიშნავ ელექტროიზოლაციას, დაბალ დიელექტრულ მუდმივას (Dk), დაბალ დიელექტრიკულ დანაკარგს (Df) და გამორჩეულ განზომილებიან სტაბილურობას, რაც TGV-ს მაღალსიჩქარიანი სიგნალის გადაცემისა და ოპტოელექტრონული შეფუთვისთვის მიმზიდველს ხდის.
2. პროცესის მიმდინარეობა
TGV-ის წარმოების ძირითადი ეტაპებია:
ლაზერული ბურღვა: ულტრასწრაფი ლაზერები მინაში მიკროვიებს ქმნიან, რომელთა დიამეტრი, როგორც წესი, 20-150 მკმ-ს შორის მერყეობს.
თესლის ფენის დალექვა: PVD, როგორიცაა მაგნეტრონული გაფრქვევა, გამტარი მილის კედლებზე ერთგვაროვან გამტარ ფენას აფენს.
ლითონის ელექტრომობილიზაცია: სპილენძის ან ნიკელ-სპილენძის შენადნობი ავსებს გამჭოლი არხებს მინის გამჭოლი ელექტრული შეერთებების შესაქმნელად.
პლანარიზაცია და შაბლონირება: საშუალებას იძლევა მრავალშრიანი ურთიერთდაკავშირების ან ინტეგრირებული ჩიპებთან შეკავშირების.
3. უპირატესობები
TSV-სთან შედარებით, TGV-ს რამდენიმე უპირატესობა აქვს:
დაბალი დიელექტრიკული დანაკარგი: მინა Dk დაახლოებით სილიციუმის 1/3-ისგან შედგება, რაც ამცირებს სიგნალის ჯვარედინი ჩახლართვას და ჩასმის დანაკარგს.
შესანიშნავი თერმული სტაბილურობა: CTE ლითონებთან ახლოს, რაც ამცირებს თერმულ სტრესს.
ოპტიკური გამჭვირვალობა: მხარს უჭერს ოპტოელექტრონულ ინტეგრაციას ფოტონიკასა და სენსორებში.
კონტროლირებადი ხარჯები: ლაზერული ბურღვა და მინის დამუშავება მწიფდება, რაც შესაფერისია დიდი ფართობის პანელების დონის წარმოებისთვის.
III. TSV vs TGV: შედარება და გამოყენების დომენები
| ნივთი | TSV (სილიკონის გავლით) | TGV (შუშის გავლით) |
| სუბსტრატი | მონოკრისტალური სილიციუმი | სპეციალური მინა (Borofloat, Corning, Schott და ა.შ.) |
| ხვრელის დიამეტრი | 5–50 მკმ | 20–150 მკმ |
| ხვრელის სიღრმე | 30–100 მკმ | 100–400 მკმ |
| იზოლაცია | საჭიროა დამატებითი საიზოლაციო ფენა | შინაგანად იზოლირებული მინა |
| თერმული გაფართოების კოეფიციენტის შესაბამისობა | მნიშვნელოვანი განსხვავებები Cu-სთან შედარებით | Cu-ს მსგავსი, დაბალი თერმული სტრესით |
| პროცესის ღირებულება | მაღალი | შედარებით დაბალი |
| აპლიკაციები | ლოგიკა/მეხსიერების 3D დაწყობა | SiP, სენსორები, ოპტოელექტრონული შეფუთვა, ანტენები, MEMS |
TSV კვლავ რჩება მთავარ არჩევანად მაღალი ხარისხის ლოგიკისა და მეხსიერების 3D სტეკინგისთვის, ხოლო TGV სწრაფად ფართოვდება SiP-ის, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის, სენსორებისა და RF მოწყობილობების სფეროში.
ვინაიდან მინის სუბსტრატის ზომები პანელის დონის შეფუთვას (PLP) აღწევს, TGV იდეალურ ურთიერთდაკავშირების პლატფორმად იქცევა 5G კომუნიკაციისთვის, საავტომობილო რადარისთვის, AR ოპტიკისა და მინი/მიკრო LED შეფუთვისთვის.
IV. სილიკონიდან მინამდე: სისტემის დონის უპირატესობები
მინის დანერგვა მხოლოდ მასალის ჩანაცვლება არ არის; ის სისტემის დონის დიზაინის ფილოსოფიის ცვლილებას წარმოადგენს.
ელექტრო მახასიათებლები: დაბალი Dk მინა მნიშვნელოვნად ამცირებს სიგნალის შეფერხებას და ენერგომოხმარებას.
სტრუქტურული მთლიანობა: TGV დიდი ფართობის შეფუთვისთვის უფრო მაღალ სიბრტყეობას და დაბალ დეფორმაციას გთავაზობთ.
წარმოების მოქნილობა: ლაზერული დამუშავება ვაკუუმურ PVD-თან ერთად უზრუნველყოფს მაღალი პროცესის თავსებადობას და მასშტაბირებას.
კერძოდ, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციისთვის, მინის ოპტიკური გამჭვირვალობა შესაძლებელს ხდის შეფუთვის დიზაინს, სადაც სუბსტრატი მხარს უჭერს არა მხოლოდ ელექტრულ ურთიერთკავშირებს, არამედ ტალღის გამტარებს, ლინზებს და სენსორულ ფანჯრებსაც, რაც TSV-ით მიღწევადია.
ვ. ჟენჰუას ვაკუუმური TGV თესლის ფენის საფარის ხსნარი
აღჭურვილობის უპირატესობები:
ღრმა გამტარი მილების საფარის ოპტიმიზაცია: საკუთრებაში არსებული ღრმა გამტარი მილების საფარის ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია დაამუშაოს 30 μm-მდე პატარა გამტარი მილები >10:1 ასპექტის თანაფარდობით, რაც უმკლავდება ღრმა გამტარი მილების რთულ გამოწვევებს.
სხვადასხვა ზომისთვის მორგებადი: მხარს უჭერს მინის სუბსტრატებს, მათ შორის 600×600 მმ, 510×515 მმ ან უფრო დიდ ზომებს.
პროცესის მოქნილობა: თავსებადია Cu, Ti, Ni, Pt და სხვა გამტარი ან ფუნქციური თხელი ფენებთან, რათა დააკმაყოფილოს ელექტრული და კოროზიისადმი მდგრადობის მრავალფეროვანი მოთხოვნები.
სტაბილური მუშაობა და მარტივი მოვლა: აღჭურვილია ჭკვიანი კონტროლით პარამეტრების ავტომატური რეგულირებისა და სისქის ერთგვაროვნების რეალურ დროში მონიტორინგისთვის; მოდულური დიზაინი აადვილებს მოვლას და ამცირებს შეფერხების დროს.
გამოყენების სფერო: გამოდგება TGV/TSV/TMV-ის მოწინავე შეფუთვისთვის, რომელიც აღწევს ღრმა ფენად დაფარვის გზით 10:1 ასპექტის თანაფარდობით.
— ეს სტატია გამოქვეყნდავაკუუმური საფარის აღჭურვილობა მწარმოებელი Zhenhua Vacuum
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 16 ოქტომბერი