Жартылай өткізгіш қаптама технологиясының эволюциясында тік өзара байланыстар әрқашан жүйенің өнімділігін, із қалдыруын және қуат тұтынуын анықтайтын негізгі фактор болды. Ертедегі сымдарды байланыстыру және флип-чип әдістерінен бастап 3D қабаттасқан интегралдық микросхемалардың пайда болуына дейін индустрия жоғары тығыздықты және қысқа өзара байланыс шешімдерін іздестірді.
Осыған байланысты TSV (Through Silicon Via) және TGV (Through Glass Via) екі негізгі тік өзара байланыс технологиясы ретінде пайда болды. Олар материалдық жүйелері, өндіріс процестері, өнімділік сипаттамалары және қолдану салалары бойынша ерекшеленеді, бұл келесі буын қаптамаларын әзірлеудегі шешуші кезеңді білдіреді.
I. TSV: 3D қаптаманың пионері
1. Техникалық принцип
TSV кремнийлі негіз арқылы (әдетте ондағаннан жүздеген микронға дейінгі тереңдікте) ойылған, содан кейін өткізгіш қабырғаларында оқшаулағыш қабат, металл себу қабаты және металл толтырғыш (әдетте мыс) пайда болатын жоғары арақатынасты өткізгіштерді білдіреді. Бұл тік өткізгіштер қабатталған чип қабаттары арасында жоғары жылдамдықты электрлік байланыстарды қамтамасыз етеді.
2. Процесс ағыны
TSV өндірісінің әдеттегі процесі мыналарды қамтиды:
Терең кремнийді ою (DRIE): Кремний пластинасында жоғары арақатынасты виаларды жасаңыз.
Оқшаулағыш қабатты тұндыру: Әдетте металл толтырғышты кремний негізінен электрлік оқшаулау үшін PECVD арқылы SiO₂ тұндыру қолданылады.
Тұқым қабатын тұндыру және электродтық қаптау: Металл тұқым қабатын PVD арқылы тұндыру, содан кейін мыс электродтық қаптау.
Химиялық механикалық жылтырату (ХМЖ): Тегіс бетке қол жеткізу үшін артық металды алып тастаңыз.
3. Артықшылықтары мен шектеулері
TSV өте қысқа өзара байланыс жолдарын, төмен сигнал кідірісін, төмен қуат тұтынуын және жоғары өткізу қабілеттілігін ұсынады, бұл оны жоғары өнімді есептеулер мен жоғары өткізу қабілетті жады үшін маңызды мүмкіндік береді.
Дегенмен, TSV-дің де шектеулері бар:
Термиялық кернеу мәселелері: Кремний мен мыс арасындағы CTE-дегі үлкен сәйкессіздік сенімділікті төмендетуі мүмкін.
Жоғары процесс құны: Терең ою, гальваникалық қаптау және CMP күрделі және өнімділікке сезімтал.
Электр оқшаулау қиындықтары: Оқшаулағыш қабаттың қалыңдығы мен біркелкілігі диэлектрлік беріктікке тікелей әсер етеді.
Чипті интеграциялау тығыздығы артқан сайын, өнімділік пен құн арасындағы қайшылықтар балама материалдарды зерттеуге түрткі болды, бұл TGV үшін мүмкіндік туғызды.
II. TGV: Әйнекке негізделген өзара байланыс инновациясы
1. Техникалық принцип
TGV кремнийдің орнына шыны негіздерді пайдаланады. Жоғары дәлдіктегі виалар лазерлік бұрғылау немесе дымқыл ою арқылы жасалады, содан кейін металл тұқым қабатын жағу және электродты қаптау жүзеге асырылады, бұл TSV-ге ұқсас тік өзара байланыстарға қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Шыны тамаша электр оқшаулауын, төмен диэлектрлік тұрақтылықты (Dk), төмен диэлектрлік шығынды (Df) және тамаша өлшемдік тұрақтылықты ұсынады, бұл TGV-ны жоғары жылдамдықты сигнал беру және оптоэлектронды қаптама үшін өте тартымды етеді.
2. Процесс ағыны
TGV өндірісінің негізгі кезеңдері:
Лазерлік бұрғылау: Ультра жылдам лазерлер диаметрі әдетте 20-150 мкм болатын шыныда микровиялар түзеді.
Тұқым қабатын тұндыру: Магнетронды бүрку сияқты PVD арқылы қабырғаларға біркелкі өткізгіш қабат түзіледі.
Металлдарды электродпен қаптау: Мыс немесе никель-мыс қорытпасы шыны арқылы электрлік қосылыстарды қалыптастыру үшін өткізгіштерді толтырады.
Планаризация және өрнектеу: көп қабатты өзара байланыстарды немесе интегралдық чиптерге байланыстыруды қамтамасыз етеді.
3. Артықшылықтары
TSV-мен салыстырғанда, TGV бірнеше артықшылықтарды көрсетеді:
Төмен диэлектрлік шығын: Шыны Dk кремнийдің шамамен 1/3 бөлігін құрайды, бұл сигналдың айқасуын және кірістіру шығынын азайтады.
Тамаша термиялық тұрақтылық: CTE металдарға жақын, термиялық кернеуді азайтады.
Оптикалық мөлдірлік: Фотоника мен сенсорлардағы оптоэлектрондық интеграцияны қолдайды.
Бақыланатын құны: Лазерлік бұрғылау және шыны өңдеу жетілу үстінде, үлкен аумақты панель деңгейінде өндіруге жарамды.
III. TSV және TGV: салыстыру және қолдану салалары
| Тауар | TSV (Кремний арқылы) | TGV (Шыны арқылы) |
| Субстрат | Монокристалды кремний | Арнайы әйнек (Borofloat, Corning, Schott және т.б.) |
| Тесіктің диаметрі | 5–50 мкм | 20–150 мкм |
| Тесік тереңдігі | 30–100 мкм | 100–400 мкм |
| Оқшаулау | Қосымша оқшаулағыш қабат қажет | Шыны ішкі оқшаулағыш |
| Жылулық кеңею коэффициентін сәйкестендіру | Cu-мен салыстырғанда айтарлықтай айырмашылықтар | Cu-ға ұқсас, төмен термиялық кернеу |
| Процесс құны | Жоғары | Салыстырмалы түрде төмен |
| Қолданбалар | Логика/жад 3D стекинг | SiP, сенсорлар, оптоэлектронды қаптама, антенналар, MEMS |
TSV жоғары өнімді логикалық және жадты 3D стектеу үшін негізгі таңдау болып қала береді, ал TGV SiP, оптоэлектрондық интеграция, сенсорлар және RF құрылғыларында тез дамып келеді.
Шыны төсеніш өлшемдері панель деңгейіндегі қаптамаға (PLP) жеткендіктен, TGV 5G байланысы, автомобиль радары, AR оптикасы және Mini/Micro LED қаптамалары үшін тамаша өзара байланыс платформасына айналуда.
IV. Кремнийден шыныға дейін: жүйелік деңгейдегі артықшылықтар
Шынының енгізілуі тек материалды ауыстыру ғана емес; ол жүйелік деңгейдегі дизайн философиясындағы өзгерісті білдіреді.
Электрлік өнімділігі: Төмен DK әйнегі сигналдың кідірісі мен қуат тұтынуын айтарлықтай азайтады.
Құрылымдық тұтастық: TGV үлкен аумақты қаптау үшін жоғары жазықтықты және төмен майысуды ұсынады.
Өндірістік икемділік: Лазерлік өңдеу вакуумдық PVD-мен біріктіріліп, жоғары процестің үйлесімділігі мен масштабталуын қамтамасыз етеді.
Атап айтқанда, оптоэлектрондық интеграция үшін әйнектің оптикалық мөлдірлігі негіз тек электрлік өзара байланыстарды ғана емес, сонымен қатар толқын өткізгіштерді, линзаларды және сенсорлық терезелерді де қолдайтын қаптама конструкцияларын жасауға мүмкіндік береді, бұл TSV көмегімен қол жеткізу қиын.
V. ZhenHua вакуумдық TGV тұқым қабатын жабу ерітіндісі
Жабдықтың артықшылықтары:
Терең жабынды оңтайландыру: 10:1-ден астам арақатынасы бар 30 мкм дейінгі кішкентай тесіктерді өңдеуге қабілетті, күрделі терең жабындыларды өңдеуге қабілетті меншікті терең жабынды технологиясы.
Әртүрлі өлшемдерге бейімделуі мүмкін: 600 × 600 мм, 510 × 515 мм немесе одан үлкен шыны негіздерді қолдайды.
Процесс икемділігі: Әр түрлі электрлік және коррозияға төзімділік талаптарын қанағаттандыру үшін Cu, Ti, Ni, Pt және басқа өткізгіш немесе функционалды жұқа қабықшалармен үйлесімді.
Тұрақты өнімділік және оңай техникалық қызмет көрсету: параметрлерді автоматты түрде реттеу және қалыңдықтың біркелкілігін нақты уақыт режимінде бақылау үшін ақылды басқарумен жабдықталған; модульдік дизайн техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді және жұмыс уақытының тоқтап қалуын азайтады.
Қолдану аясы: TGV/TSV/TMV кеңейтілген қаптамасына жарамды, 10:1 арақатынасымен тұқым қабаты арқылы терең жабынға қол жеткізеді.
— Бұл мақаланы жариялағанвакуумдық жабын жабдықтары өндіруші Zhenhua шаңсорғышы
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 16 қазан