Во еволуцијата на технологијата за пакување на полупроводници, вертикалните меѓусебни врски отсекогаш биле клучен фактор што ги одредува перформансите на системот, отпечатокот и потрошувачката на енергија. Од раното поврзување со жици и техниките на флип-чип до појавата на 3D наредени интегрални кола, индустријата бара решенија за меѓусебни врски со поголема густина и пократки должини.
Во овој контекст, TSV (преку силиконска дијафрагма) и TGV (преку стаклена дијафрагма) се појавија како две мејнстрим технологии за вертикално меѓусебно поврзување. Тие се разликуваат во материјалните системи, производствените процеси, карактеристиките на перформансите и домените на примена, што претставува клучна точка во развојот на пакувањата од следната генерација.
И. ТСВ: Пионер во 3Д пакувањето
1. Технички принцип
TSV се однесува на вија со висок сооднос на ширина и висина изгравирани низ силиконска подлога (обично длабока од десетици до стотици микрони), проследено со формирање на изолационен слој, метален слој за сеење и метално полнење (обично бакар) на ѕидовите на вијата. Овие вертикални вија овозможуваат брзи електрични меѓусебни врски помеѓу наредени слоеви на чипови.
2. Тек на процесот
Типичниот процес на производство на TSV вклучува:
Длабоко силиконско бакирање (DRIE): Создавајте дијафрагми со висок сооднос на ширина и висина во силиконската плочка.
Таложење на изолациски слој: Обично SiO₂ таложен со PECVD за електрично изолирање на металното полнење од силициумската подлога.
Депозиција на слој од семе и галванизација: PVD депозиција на метален слој од семе, проследено со галванизација со бакар.
Хемиско механичко полирање (CMP): Отстранете го вишокот метал за да се постигне рамнизирана површина.
3. Предности и ограничувања
TSV нуди екстремно кратки патеки за меѓусебно поврзување, ниска латентност на сигналот, мала потрошувачка на енергија и висок пропусен опсег, што го прави клучен овозможувач за високо-перформансно пресметување и меморија со висок пропусен опсег.
Сепак, TSV има и ограничувања:
Проблеми со термички стрес: Големото несовпаѓање во CTE помеѓу силициумот и бакарот може да ја намали сигурноста.
Висока цена на процесот: Длабокото гравирање, галванизацијата и CMP се сложени и чувствителни на приносот.
Предизвици со електричната изолација: Дебелината и униформноста на изолациониот слој директно влијаат на диелектричната цврстина.
Со зголемувањето на густината на интеграција на чипови, конфликтите помеѓу приносот и цената го поттикнаа истражувањето на алтернативни материјали - создавајќи можност за TGV.
II. TGV: Иновација на меѓусебно поврзување базирано на стакло
1. Технички принцип
TGV користи стаклени подлоги наместо силикон. Високопрецизните дијаметри се формираат со ласерско дупчење или влажно бакирање, проследено со таложење на метален слој и галванизација, со што се постигнуваат вертикални меѓуповрзувања слични на TSV.
Стаклото нуди одлична електрична изолација, ниска диелектрична константа (Dk), ниски диелектрични загуби (Df) и извонредна димензионална стабилност, што го прави TGV многу привлечен за пренос на сигнали со голема брзина и оптоелектронско пакување.
2. Тек на процесот
Клучните чекори во производството на TGV вклучуваат:
Ласерско дупчење: Ултрабрзите ласери формираат микровијали во стакло со дијаметар што обично се движи од 20 до 150 μm.
Таложење на слој на семе: PVD, како што е магнетронското распрскување, таложи униформен спроводлив слој на ѕидовите на спроводниците.
Галванизација на метал: Бакар или легура на никел-бакар ги пополнува отворите за да формира електрични врски низ стаклото.
Планаризација и моделирање: Овозможува повеќеслојни меѓусебни поврзувања или поврзување со IC чипови.
3. Предности
Во споредба со TSV, TGV покажува неколку предности:
Ниски диелектрични загуби: Стаклото Dk е околу 1/3 од силициум, што го намалува преслушувањето на сигналот и загубата на вметнување.
Одлична термичка стабилност: CTE блиску до металите, минимизирајќи го термичкиот стрес.
Оптичка транспарентност: Поддржува оптоелектронска интеграција во фотоника и сензори.
Контролирани трошоци: Ласерското дупчење и обработката на стакло созреваат, погодни за производство на панели со голема површина.
III. TSV наспроти TGV: Споредба и домени на примена
| Ставка | TSV (Преку силиконска дијафрагма) | TGV (Низ стаклен премин) |
| Подлога | Монокристален силициум | Специјално стакло (Borofloat, Corning, Schott, итн.) |
| Дијаметар на дупката | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Длабочина на дупката | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Изолација | Потребен е дополнителен изолационен слој | Стакло со внатрешна изолација |
| Усогласување на коефициентот на термичка експанзија | Значајни разлики во споредба со Cu | Слично на Cu, низок термички стрес |
| Цена на процесот | Висок | Релативно пониско |
| Апликации | 3D стекирање на логика/меморија | SiP, сензори, оптоелектронско пакување, антени, MEMS |
TSV останува мејнстрим избор за високо-перформансна логика и мемориско 3D стекнување, додека TGV брзо се шири во SiP, оптоелектронска интеграција, сензори и RF уреди.
Со оглед на тоа што големините на стаклените подлоги достигнуваат ниво на пакување на панели (PLP), TGV станува идеална платформа за интерконекција за 5G комуникација, автомобилски радар, AR оптика и Mini/Micro LED пакување.
IV. Од силикон до стакло: Придобивки на системско ниво
Воведувањето на стакло не е само замена на материјал; тоа претставува промена во филозофијата на дизајн на системско ниво.
Електрични перформанси: Стаклото со ниска Dk вредност значително го намалува доцнењето на сигналот и потрошувачката на енергија.
Структурен интегритет: TGV нуди поголема рамнина и помало искривување за пакување со голема површина.
Флексибилност во производството: Ласерската обработка во комбинација со вакуум PVD овозможува висока компатибилност на процесите и скалабилност.
Особено, за оптоелектронска интеграција, оптичката транспарентност на стаклото овозможува дизајни на пакувања каде што подлогата поддржува не само електрични меѓусебни врски, туку и брановоди, леќи и сензорски прозорци, што е тешко да се постигне со TSV.
V. ZhenHua вакуумски раствор за премачкување на семенски слој TGV
Предности на опремата:
Оптимизација на премачкување со длабински отвори: Патентирана технологија за премачкување со длабински отвори способна за ракување со отвори со димензии до 30 μm со сооднос на ширина и висина >10:1, справувајќи се со сложени предизвици со длабински отвори.
Прилагодливо за различни големини: Поддржува стаклени подлоги, вклучувајќи 600×600 mm, 510×515 mm или поголеми.
Флексибилност на процесот: Компатибилен со Cu, Ti, Ni, Pt и други спроводливи или функционални тенки филмови за да се задоволат различните барања за електрична отпорност и отпорност на корозија.
Стабилни перформанси и лесно одржување: Опремен со паметна контрола за автоматско прилагодување на параметрите и следење во реално време на униформноста на дебелината; модуларниот дизајн го олеснува одржувањето и го намалува времето на застој.
Опсег на примена: Погодно за напредно пакување TGV/TSV/TMV, постигнувајќи длабинско премачкување преку слој на семе со сооднос на ширина и висина од 10:1.
— Оваа статија е објавена одопрема за вакуумско обложување производител Zhenhua Vacuum
Време на објавување: 16 октомври 2025 година