Жарым өткөргүч таңгактоо технологиясынын эволюциясында вертикалдуу өз ара байланыштар ар дайым системанын иштешин, изин жана энергия керектөөсүн аныктоочу негизги фактор болуп келген. Алгачкы зымдарды байланыштыруудан жана чиптерди тигип коюу ыкмаларынан тартып, 3D катмарланган интегралдык микросхемалардын пайда болушуна чейин, тармак жогорку тыгыздыктагы жана кыска өз ара байланыш чечимдерин издеп келген.
Бул контекстте, TSV (Through Silicon Via) жана TGV (Through Glass Via) эки негизги вертикалдык өз ара байланыш технологиясы катары пайда болду. Алар материалдык системалары, өндүрүш процесстери, иштөө мүнөздөмөлөрү жана колдонуу чөйрөлөрү боюнча айырмаланат, бул кийинки муундагы таңгактоону иштеп чыгууда маанилүү учурду түзөт.
I. TSV: 3D таңгактоо тармагынын пионери
1. Техникалык принцип
TSV кремний субстраты аркылуу (адатта ондогондон жүздөгөн микронго чейинки тереңдикте) оюлуп жасалган, андан кийин өткөргүч дубалдарда изоляциялык катмар, металл үрөн катмары жана металл толтургуч (адатта жез) пайда болгон жогорку аспект катышындагы өткөргүчтөрдү билдирет. Бул вертикалдык өткөргүчтөр үйүлгөн чип катмарларынын ортосунда жогорку ылдамдыктагы электрдик байланыштарды камсыз кылат.
2. Процесстин агымы
TSV өндүрүшүнүн типтүү процесси төмөнкүлөрдү камтыйт:
Кремнийди терең оюу (DRIE): Кремний пластинасында жогорку пропорциялуу виаларды түзүңүз.
Изоляциялык катмарды чөктүрүү: Адатта, металл толтургучту кремний субстратынан электрдик жактан бөлүп алуу үчүн PECVD менен SiO₂ чөктүрүлөт.
Үрөн катмарын чөктүрүү жана электрокаптоо: Металл үрөн катмарын PVD менен чөктүрүү, андан кийин жез менен электрокаптоо.
Химиялык механикалык жылтыратуу (ХМЖ): Тегиз бетке жетүү үчүн ашыкча металлды алып салыңыз.
3. Артыкчылыктары жана чектөөлөрү
TSV өтө кыска өз ара байланыш жолдорун, сигналдын аз кечигүүсүн, аз энергия керектөөнү жана жогорку өткөрүү жөндөмдүүлүгүн сунуштайт, бул аны жогорку өндүрүмдүү эсептөө жана жогорку өткөрүү жөндөмдүүлүгү бар эс тутум үчүн маанилүү шарт түзөт.
Бирок, TSV дагы чектөөлөргө ээ:
Жылуулук стресси маселелери: Кремний менен жездин ортосундагы CTEдеги чоң дал келбестик ишенимдүүлүктү төмөндөтүшү мүмкүн.
Жогорку процесстик чыгымдар: Терең оюу, электроддук каптоо жана CMP татаал жана түшүмдүүлүккө сезгич.
Электр изоляциясындагы кыйынчылыктар: Изоляциялык катмардын калыңдыгы жана бирдейлиги диэлектрикалык бекемдикке түздөн-түз таасир этет.
Чиптерди интеграциялоо тыгыздыгы жогорулаган сайын, кирешелүүлүк менен нарктын ортосундагы карама-каршылыктар альтернативдүү материалдарды изилдөөгө түрткү болуп, TGV үчүн мүмкүнчүлүк түздү.
II. TGV: Айнек негизиндеги өз ара байланыш инновациясы
1. Техникалык принцип
TGV кремнийдин ордуна айнек субстраттарды колдонот. Жогорку тактыктагы виалар лазердик бургулоо же нымдуу оюу аркылуу түзүлөт, андан кийин металл үрөн катмарын чөктүрүү жана электрокаптоо жүргүзүлөт, бул TSVге окшош вертикалдык өз ара байланыштарга жетишүүгө мүмкүндүк берет.
Айнек эң сонун электрдик изоляцияны, төмөнкү диэлектрикалык туруктуулукту (Dk), төмөнкү диэлектрикалык жоготууну (Df) жана мыкты өлчөмдүү туруктуулукту камсыз кылат, бул TGVди жогорку ылдамдыктагы сигналдарды берүү жана оптоэлектрондук таңгактоо үчүн абдан жагымдуу кылат.
2. Процесстин агымы
TGV өндүрүшүнүн негизги этаптары төмөнкүлөрдү камтыйт:
Лазердик бургулоо: Өтө тез лазерлер айнектен диаметри адатта 20–150 мкм болгон микровияларды түзөт.
Үрөн катмарын чөктүрүү: Магнетрон чачыратуу сыяктуу PVD аркылуу үрөн дубалдарына бирдей өткөргүч катмар пайда болот.
Металлдарды электрокаптоо: Жез же никель-жез эритмеси айнек аркылуу электрдик туташууларды түзүү үчүн өткөргүчтөрдү толтурат.
Планаризация жана үлгү: Көп катмарлуу өз ара байланыштарды же IC чиптерине байланыштырууну камсыз кылат.
3. Артыкчылыктары
TSV менен салыштырганда, TGV бир нече артыкчылыктарды көрсөтөт:
Диэлектрикалык жоготуулардын аздыгы: Айнектин Dk бөлүгү кремнийдин болжол менен 1/3 бөлүгүн түзөт, бул сигналдын өз ара аракеттенүүсүн жана киргизүү жоготууларын азайтат.
Эң сонун жылуулук туруктуулугу: металлдарга жакын CTE, жылуулук стрессин минималдаштырат.
Оптикалык тунуктук: Фотоника жана сенсорлордо оптоэлектрондук интеграцияны колдойт.
Көзөмөлдөөгө алынуучу баа: Лазердик бургулоо жана айнек иштетүү жетилип келе жатат, чоң аянттагы панелдик деңгээлдеги өндүрүшкө ылайыктуу.
III. TSV жана TGV: Салыштыруу жана колдонуу чөйрөлөрү
| Буюм | TSV (Кремний аркылуу) | TGV (Айнек аркылуу) |
| Субстрат | Монокристаллдык кремний | Атайын айнек (Borofloat, Corning, Schott ж.б.) |
| Тешиктин диаметри | 5–50 мкм | 20–150 мкм |
| Тешиктин тереңдиги | 30–100 мкм | 100–400 мкм |
| Жылуулоо | Кошумча изоляциялык катмар талап кылынат | Айнектин ички изоляциясы |
| Жылуулук кеңейүү коэффициентин дал келтирүү | Cu менен салыштырганда олуттуу айырмачылыктар | Cu сыяктуу эле, жылуулук стресси төмөн |
| Процесстин баасы | Жогорку | Салыштырмалуу төмөн |
| Колдонмолор | Логика/Эс тутум 3D стекинги | SiP, сенсорлор, оптоэлектрондук таңгактоо, антенналар, MEMS |
TSV жогорку өндүрүмдүү логикалык жана эс тутумдук 3D стектөө үчүн негизги тандоо бойдон калууда, ал эми TGV SiP, оптоэлектрондук интеграция, сенсорлор жана RF түзмөктөрүндө тездик менен кеңейүүдө.
Айнек субстраттын өлчөмдөрү панелдик деңгээлдеги таңгакка (PLP) жеткендиктен, TGV 5G байланышы, автомобиль радары, AR оптикасы жана Mini/Micro LED таңгактоо үчүн идеалдуу өз ара байланыш платформасына айланууда.
IV. Кремнийден айнекке чейин: Системалык деңгээлдеги артыкчылыктар
Айнектин пайда болушу жөн гана материалды алмаштыруу эмес; ал системалык деңгээлдеги дизайн философиясындагы өзгөрүүнү билдирет.
Электрдик мүнөздөмөлөрү: Төмөнкү DK айнеги сигналдын кечигүүсүн жана энергия керектөөнү бир топ азайтат.
Структуралык бүтүндүк: TGV чоң аянттагы таңгактоо үчүн жогорку тегиздикти жана төмөнкү ийриликти сунуштайт.
Өндүрүш ийкемдүүлүгү: Лазердик иштетүү вакуумдук PVD менен айкалышып, жогорку процесстин шайкештигин жана масштабдалышын камсыз кылат.
Атап айтканда, оптоэлектрондук интеграция үчүн айнектин оптикалык тунуктугу субстрат электрдик өз ара байланыштарды гана эмес, толкун өткөргүчтөрдү, линзаларды жана сенсордук терезелерди да колдогон таңгактоочу конструкцияларды түзүүгө мүмкүндүк берет, муну TSV менен ишке ашыруу кыйын.
V. ZhenHua вакуумдук TGV үрөн катмарын каптоо эритмеси
Жабдуулардын артыкчылыктары:
Терең катмар аркылуу каптоону оптималдаштыруу: 30 мкмге чейинки кичинекей катмарларды жана >10:1 катышын иштете алган, татаал терең катмар аркылуу каптоо көйгөйлөрүн чече алган менчик терең катмар аркылуу каптоо технологиясы.
Ар кандай өлчөмдөргө ылайыкташтырылышы мүмкүн: 600 × 600 мм, 510 × 515 мм же андан чоңураак айнек субстраттарды колдойт.
Процесстин ийкемдүүлүгү: ар кандай электрдик жана коррозияга туруктуулук талаптарын канааттандыруу үчүн Cu, Ti, Ni, Pt жана башка өткөргүч же функционалдык жука пленкалар менен шайкеш келет.
Туруктуу иштөө жана оңой тейлөө: Параметрлерди автоматтык түрдө тууралоо жана калыңдыктын бирдейлигин реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөө үчүн акылдуу башкаруу менен жабдылган; модулдук дизайн тейлөөнү жеңилдетет жана иштебей калуу убактысын кыскартат.
Колдонуу чөйрөсү: TGV/TSV/TMV өркүндөтүлгөн таңгактоо үчүн ылайыктуу, 10:1 катышы менен үрөн катмары аркылуу терең каптоого жетишет.
— Бул макаланы жарыялаганвакуумдук каптоо жабдуулары өндүрүүчү Zhenhua чаң соргуч
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 16-октябры