Puslaidininkių pakavimo technologijos evoliucijoje vertikalios jungtys visada buvo pagrindinis veiksnys, lemiantis sistemos našumą, užimamą vietą ir energijos suvartojimą. Nuo ankstyvųjų laidų sujungimo ir „flip-chip“ technikų iki 3D sudėtinių integrinių grandinių atsiradimo pramonė ieškojo didesnio tankio ir trumpesnių jungčių sprendimų.
Šiame kontekste TSV (per silicį) ir TGV (per stiklą) iškilo kaip dvi pagrindinės vertikalių sujungimų technologijos. Jos skiriasi medžiagų sistemomis, gamybos procesais, našumo charakteristikomis ir taikymo sritimis, todėl yra labai svarbus naujos kartos pakuočių kūrimo etapas.
I. TSV: 3D pakuočių pradininkas
1. Techninis principas
TSV reiškia didelio kraštinių santykio kiaurymes, išgraviruotas per silicio pagrindą (paprastai dešimčių ar šimtų mikronų gylio), po kurių ant kiaurymių sienelių suformuojamas izoliacinis sluoksnis, metalinis užsėjimo sluoksnis ir metalinis užpildas (dažniausiai varis). Šios vertikalios kiaurymės leidžia dideliu greičiu sujungti sluoksniuotus lustų sluoksnius elektriniais sujungimais.
2. Proceso srautas
Įprastas TSV gamybos procesas apima:
Gilusis silicio ėsdinimas (DRIE): silicio plokštelėje sukurkite didelio kraštinių santykio kiaurymių.
Izoliacinio sluoksnio nusodinimas: Paprastai PECVD metodu nusodinamas SiO₂, siekiant elektriškai izoliuoti metalinį užpildą nuo silicio pagrindo.
Sėklinio sluoksnio nusodinimas ir galvanizavimas: metalo sėklinio sluoksnio nusodinimas PVD metodu, po kurio seka vario galvanizavimas.
Cheminis mechaninis poliravimas (CHP): pašalinkite metalo perteklių, kad gautumėte lygų paviršių.
3. Privalumai ir apribojimai
TSV siūlo itin trumpus sujungimo kelius, mažą signalo delsą, mažas energijos sąnaudas ir didelį pralaidumą, todėl tai yra labai svarbus veiksnys, užtikrinantis didelio našumo skaičiavimus ir didelio pralaidumo atmintį.
Tačiau TSV taip pat turi apribojimų:
Terminio įtempio problemos: didelis silicio ir vario CTE neatitikimas gali sumažinti patikimumą.
Didelės proceso sąnaudos: gilus ėsdinimas, galvanizavimas ir CMP yra sudėtingi ir jautrūs išeigai.
Elektros izoliacijos iššūkiai: Izoliacinio sluoksnio storis ir vienodumas tiesiogiai veikia dielektrinį stiprumą.
Didėjant lustų integravimo tankiui, konfliktai tarp išeigos ir kainos paskatino alternatyvių medžiagų paiešką – tai atvėrė galimybes TGV.
II. TGV: Stiklo pagrindu sukurta jungčių inovacija
1. Techninis principas
TGV naudoja stiklo, o ne silicio substratus. Didelio tikslumo kiauryminės angos formuojamos lazeriu gręžiant arba šlapiuoju ėsdinimu, po to uždedamas metalinis užsėjimo sluoksnis ir galvanizuojama, taip pasiekiant vertikalius sujungimus, panašius į TSV.
Stiklas pasižymi puikia elektros izoliacija, maža dielektrine konstanta (Dk), mažais dielektriniais nuostoliais (Df) ir išskirtiniu matmenų stabilumu, todėl TGV yra labai patrauklus didelės spartos signalų perdavimui ir optoelektroniniam pakavimui.
2. Proceso srautas
Pagrindiniai TGV gamybos etapai:
Lazerinis gręžimas: itin greiti lazeriai stikle formuoja mikroperforacijas, kurių skersmuo paprastai svyruoja nuo 20 iki 150 μm.
Sėklų sluoksnio nusodinimas: PVD, pvz., magnetroninio dulkinimo būdu, ant kiaurymių sienelių padengia vienodą laidų sluoksnį.
Metalo galvanizavimas: varis arba nikelio-vario lydinys užpildo kiaurymes, kad susidarytų stiklinės elektros jungtys.
Planarizavimas ir šablonų kūrimas: leidžia daugiasluoksnius sujungimus arba sujungimus su IC lustais.
3. Privalumai
Palyginti su TSV, TGV turi keletą privalumų:
Maži dielektriniai nuostoliai: stiklas Dk sudaro apie 1/3 silicio, todėl sumažėja signalo pertrūkiai ir įterpties nuostoliai.
Puikus terminis stabilumas: CTE artimas metalams, sumažinantis terminį įtempį.
Optinis skaidrumas: palaiko optoelektroninę integraciją fotonikoje ir jutikliuose.
Kontroliuojamos išlaidos: lazerinis gręžimas ir stiklo apdirbimas bręsta, tinkami didelio ploto plokščių gamybai.
III. TSV ir TGV: palyginimas ir taikymo sritys
| Prekė | TSV (per silicį) | TGV (per stiklą) |
| Substratas | Monokristalinis silicis | Specializuotas stiklas („Borofloat“, „Corning“, „Schott“ ir kt.) |
| Skylės skersmuo | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Skylės gylis | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Izoliacija | Reikalingas papildomas izoliacinis sluoksnis | Stiklas iš esmės izoliuoja |
| Šiluminio plėtimosi koeficiento atitikimas | Reikšmingi skirtumai, palyginti su Cu | Panašus į Cu, mažas terminis įtempis |
| Proceso kaina | Aukštas | Santykinai mažesnis |
| Paraiškos | Logikos / atminties 3D kaupimas | SiP, jutikliai, optoelektroninės pakuotės, antenos, MEMS |
TSV išlieka pagrindiniu pasirinkimu didelio našumo logikai ir atminties 3D stekui, o TGV sparčiai plečiasi SiP, optoelektroninės integracijos, jutiklių ir radijo dažnių įrenginių srityse.
Stiklo substrato dydžiams pasiekus plokščių lygio pakuotes (PLP), TGV tampa idealia sujungimo platforma 5G ryšiui, automobilių radarams, AR optikai ir mini/mikro LED pakuotėms.
IV. Nuo silicio iki stiklo: sistemos lygmens privalumai
Stiklo atsiradimas nėra tik medžiagos pakeitimas; tai reiškia sisteminio projektavimo filosofijos pokytį.
Elektrinės charakteristikos: mažo Dk stiklo kokybė žymiai sumažina signalo vėlavimą ir energijos suvartojimą.
Struktūrinis vientisumas: TGV pasižymi didesniu plokštumos lygiu ir mažesniu deformavimu didelio ploto pakuotėms.
Gamybos lankstumas: lazerinis apdirbimas kartu su vakuuminiu PVD užtikrina aukštą procesų suderinamumą ir mastelio keitimą.
Visų pirma, optoelektroninės integracijos atveju stiklo optinis skaidrumas leidžia kurti pakuočių dizainus, kuriuose substratas palaiko ne tik elektros jungtis, bet ir bangolaidžius, lęšius bei jutiklių langus, o tai sunku pasiekti naudojant TSV.
V. ZhenHua vakuuminis TGV sėklų sluoksnio dengimo sprendimas
Įrangos privalumai:
Giliųjų kiaurymių dengimo optimizavimas: patentuota giliųjų kiaurymių dengimo technologija, galinti apdoroti net 30 μm skersmens kiaurymes, kurių kraštinių santykis >10:1, ir spręsti sudėtingus giliųjų kiaurymių iššūkius.
Pritaikoma įvairiems dydžiams: Palaiko stiklo pagrindus, įskaitant 600 × 600 mm, 510 × 515 mm ar didesnius.
Proceso lankstumas: suderinamas su Cu, Ti, Ni, Pt ir kitomis laidžiomis arba funkcinėmis plonomis plėvelėmis, kad atitiktų įvairius elektros ir atsparumo korozijai reikalavimus.
Stabilus veikimas ir lengva priežiūra: įrengtas išmanusis valdymas automatiniam parametrų reguliavimui ir storio vienodumo stebėjimui realiuoju laiku; modulinė konstrukcija palengvina priežiūrą ir sumažina prastovas.
Taikymo sritis: Tinka pažangioms TGV/TSV/TMV pakuotėms, pasiekiant gilų per sėklų sluoksnį su 10:1 kraštinių santykiu.
– Šį straipsnį paskelbėvakuuminio dengimo įranga gamintojas Zhenhua dulkių siurblys
Įrašo laikas: 2025 m. spalio 16 d.