आजच्या डिजिटल क्रांतीमध्ये, स्मार्टफोनमधील उच्च-फ्रिक्वेन्सी इंटरॅक्शन्स, इमर्सिव्ह एआर/व्हीआर अनुभव आणि हाय-परफॉर्मन्स कम्प्युटिंगमधील प्रचंड कम्प्युटिंग वर्कलोड्समुळे डेटा ट्रान्समिशनमध्ये प्रचंड वाढ होत आहे. लांब इंटरकनेक्ट पाथ्स आणि जास्त ट्रान्समिशन लॉसेस असलेले पारंपरिक २डी पॅकेजिंग आता परफॉर्मन्समधील अडथळे पार करू शकत नाही.
परिणामी, चिप स्टॅकिंग आणि ३डी पॅकेजिंग ही उद्योगाची धोरणात्मक दिशा म्हणून उदयास आली आहे. खऱ्या अर्थाने कार्यक्षम ३डी इंटरकनेक्शन्स शक्य करण्यासाठी, थ्रू ग्लास व्हिया (TGV) तंत्रज्ञान आपल्या अद्वितीय फायद्यांमुळे संशोधन आणि विकास (R&D) साठ्यातून औद्योगिक उपयोगात आले आहे. TGV आता पुढच्या पिढीतील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी एक प्रमुख सक्षमकर्ता बनत आहे.
१. टीजीव्ही तंत्रज्ञान: ३डी आंतरजोडणीचा ‘सेतू’
१.१ मुख्य संकल्पना: टीजीव्ही (TGV) म्हणजे नेमके काय?
TGV चे सार म्हणजे काचेच्या सब्सट्रेटमधून उभ्या मायक्रोव्हियाची निर्मिती करणे. हे व्हिया विद्युत सेतू म्हणून काम करतात, जे स्टॅक केलेल्या चिप्स किंवा घटकांना थेट जोडतात, ज्यामुळे सिग्नल आणि पॉवर दोन्हीचे प्रसारण शक्य होते. पारंपरिक "प्लेनर वायरिंग"च्या तुलनेत, उभ्या इंटरकनेक्शनमुळे ट्रान्समिशन मार्ग लक्षणीयरीत्या लहान होतात आणि ते डिव्हाइसच्या लघुकरणाला व उच्च एकात्मतेला आधार देतात.
१.२ टीजीव्हीसाठी काचेचे आधार नैसर्गिक वाहक का आहेत
काचेच्या तीन प्रमुख भौतिक फायद्यांमुळे TGV हे TSV (थ्रू सिलिकॉन व्हिया) पेक्षा सरस ठरते:
कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक – उच्च-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल्सचे संरक्षण: काचेमध्ये नैसर्गिकरित्या कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक असतो, ज्यामुळे ट्रान्समिशन दरम्यान होणारे डायलेक्ट्रिक नुकसान कमी होते आणि 5G व HPC सारख्या उच्च-फ्रिक्वेन्सी ऍप्लिकेशन्समध्ये सिग्नलची अखंडता टिकून राहते.
सिलिकॉनसोबत औष्णिक प्रसरणाची सुसंगतता – विश्वसनीयता वाढवते: काच सिलिकॉनच्या औष्णिक प्रसरण गुणांकाशी तंतोतंत जुळते, ज्यामुळे औष्णिक चक्रीकरणादरम्यान (thermal cycling) औष्णिक-यांत्रिक ताण आणि बिघाड कमी होतात, परिणामी उपकरणाचे आयुष्य वाढते.
उच्च ऑप्टिकल पारदर्शकता – ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरणास सक्षम करते: अपारदर्शक सिलिकॉनच्या विपरीत, काचेची पारदर्शकता इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल हायब्रीड अनुप्रयोगांना समर्थन देते. उदाहरणार्थ, सिलिकॉन फोटोनिक्स मॉड्यूल्समध्ये, काच इलेक्ट्रिकल इंटरकनेक्ट्स आणि ऑप्टिकल सिग्नल ट्रान्समिशन दोन्ही शक्य करते; एआर/व्हीआर मायक्रोडिस्प्लेमध्ये, पारदर्शकतेमुळे ऑप्टिकल अडथळा कमी होतो आणि चमक व स्पष्टता सुधारते.
१.३ टीएसव्ही पासून टीजीव्ही पर्यंत: एक नैसर्गिक उत्क्रांती
TGV च्या आधी, TSV हे प्रमुख 3D इंटरकनेक्ट तंत्रज्ञान होते. तथापि, एकात्मतेची घनता वाढत असल्याने TSV ला वाढत्या आव्हानांचा सामना करावा लागत आहे:
उच्च खर्च: एचिंग, इन्सुलेशन, मेटलायझेशन यांसारख्या जटिल प्रक्रिया प्रवाहांमुळे TSV मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी कमी उपयुक्त ठरते.
विश्वसनीयतेच्या समस्या: सिलिकॉन आणि इतर सामग्रीमधील औष्णिक प्रसरणातील तफावतीमुळे अनेकदा तडे जातात किंवा सोल्डर जोड निकामी होतो.
मर्यादित अनुप्रयोग व्याप्ती: सिलिकॉनच्या अपारदर्शकतेमुळे, पारदर्शकता आवश्यक असलेल्या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगांमध्ये TSV वापरता येत नाही.
TGV या समस्यांचे प्रभावीपणे निराकरण करते, ज्यामुळे ते पुढील पिढीसाठी पसंतीचे इंटरकनेक्ट सोल्यूशन ठरते.
२. कोटिंगद्वारे: टीजीव्हीला कार्यक्षम बनवणारा मुख्य घटक
२.१ महत्त्वाचा निष्कर्ष: कोटिंगशिवाय, टीजीव्ही म्हणजे केवळ एक “पोकळ नळी” आहे.
काचेचे व्हिया (vias) मुळातच विद्युतरोधक असतात आणि वीज वाहून नेऊ शकत नाहीत. आंतरजोडणी शक्य करण्यासाठी, व्हियाच्या बाजूच्या भिंतींवर एक अनुरूप प्रवाहकीय थर (सहसा धातूचा थर) जमा करणे आवश्यक असते. हा थर सिग्नल महामार्गाप्रमाणे कार्य करतो—जो वेग, हानी आणि स्थिरता निश्चित करतो. असमान किंवा सदोष लेपनामुळे उच्च रोध, सिग्नल क्षीणता किंवा अगदी ओपन सर्किट्स देखील होऊ शकतात, ज्यामुळे व्हिया मेटलायझेशन हे TGV तंत्रज्ञानाची जीवनरेखा ठरते.
२.२ आव्हाने: दोन गंभीर समस्या
उच्च आस्पेक्ट रेशो कव्हरेज
TGV चा व्यास आता मायक्रोमीटर श्रेणीत (सुमारे ३० μm पर्यंत) असून त्याची जाडी १०:१ पेक्षा जास्त आहे. पारंपरिक निक्षेपण पद्धतींना तळाशी आच्छादन आणि बाजूच्या भिंतींवर एकसमान थर मिळवण्यात अडचण येते, ज्यामुळे अनेकदा लेपन न झालेले "डेड झोन्स" शिल्लक राहतात, जे इंटरकनेक्टच्या कार्यक्षमतेत घट करतात.
दोष नियंत्रण – एक छुपा घातक
कोपरे आणि खडबडीत वायाच्या बाजूच्या भिंतींवर डिपॉझिशन व्हॉईड्स किंवा बबल्स तयार होण्याची शक्यता असते. या दोषांमुळे स्थानिक पातळीवर रेझिस्टन्समध्ये अचानक वाढ होते किंवा ओपन सर्किट्स निर्माण होतात, ज्यामुळे चिप्स आणि डिव्हाइसेसमधील कनेक्शन्स थेट तुटतात. त्यामुळे, दोषांचे निवारण करणे हे TGV कोटिंगमधील मुख्य आव्हान आहे.
३. कोटिंगचे चार मार्ग: फायदे आणि मर्यादा
फिजिकल व्हेपर डिपॉझिशन (PVD): प्रगत पण मर्यादित
बाष्पीभवन आणि स्पटरिंगसारख्या प्रक्रिया उच्च-शुद्धतेचे, घट्ट चिकटणारे थर (फिल्म्स) देतात. तथापि, त्याच्या "दृष्टीरेषेतील" (लाइन-ऑफ-साइट) स्वरूपामुळे, PVD ला उच्च आस्पेक्ट रेशो असलेल्या व्हियांच्या बाबतीत अडचणी येतात आणि ते ~5:1 पेक्षा कमी आस्पेक्ट रेशो असलेल्या व्हियांसाठी सर्वोत्तम उपयुक्त आहे.
केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD): उच्च अस्पेक्ट रेशो क्षमता पण खर्चिक
सीव्हीडी (CVD) मध्ये वायुरूप पूर्वगामी पदार्थांचा वापर केला जातो, जे बाजूच्या भिंतींमधून पसरतात, ज्यामुळे उच्च गुणोत्तर असलेल्या संरचनांमध्येही एकसमान लेप मिळतो. तथापि, उच्च तापमान आणि दाबाच्या परिस्थितीमुळे काचेच्या आधारस्तरांना नुकसान पोहोचण्याचा धोका असतो आणि उपकरणांची किंमत जास्त असते, त्यामुळे ही पद्धत प्रामुख्याने उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगांसाठीच योग्य ठरते.
इलेक्ट्रोकेमिकल डिपॉझिशन (ECD): किफायतशीर मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन
ECD हे वायाच्या बाजूच्या भिंतींवरील धातूच्या आयनांचे प्रमाण कमी करून प्रवाहकीय थर तयार करते. हे कमी खर्च आणि उच्च उत्पादनक्षमता देते, जे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी आदर्श आहे. तथापि, इलेक्ट्रोलाइटच्या एकाग्रतेवर आणि विद्युत प्रवाहाच्या घनतेवर काटेकोर नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे—यातील विचलनामुळे सच्छिद्र थर किंवा दूषितीकरण होऊ शकते. हे सामान्यतः ५-५० μm व्यासाच्या वायावर वापरले जाते.
अणुस्तर निक्षेपण (ALD): अचूक उपाय
ALD मुळे अणू-स्तरावर जाडीचे नियंत्रण आणि उत्कृष्ट अनुरूपता साधता येते, ज्यामुळे ते अतिशय उच्च गुणोत्तराच्या व्हियासाठी (vias) आदर्श ठरते. हे कव्हरेजचे आव्हान सोडवते, परंतु अत्यंत कमी निक्षेपण दर आणि उच्च खर्च यांसारख्या समस्यांनी ग्रस्त आहे. त्यामुळे, ALD प्रामुख्याने एरोस्पेस आणि उच्च-विश्वसनीयता सेन्सर्ससाठी राखीव आहे.
४. टीजीव्ही कोटिंगचे महत्त्व: ३डी इंटरकनेक्शन कार्यक्षमतेला चालना देणे
वेगातील क्रांती – हाय-स्पीड डायरेक्ट कनेक्शन्स
२डी पॅकेजिंगमध्ये, सिग्नल्सना लांब अंतर पार करावे लागते, ज्यामुळे हानी वाढते. टीजीव्ही मेटलायझेशनमुळे, चिप-टू-बोर्ड आणि चिप-टू-सिस्टम इंटरकनेक्ट्स लहान, उभे आणि कमी-हानीचे बनतात. एचपीसी सर्व्हर्समध्ये, टीजीव्ही-कोटेड व्हियाजमुळे सीपीयू-टू-मेमरी/जीपीयू कम्युनिकेशनचा वेग ३०% पेक्षा जास्त सुधारतो, ज्यामुळे लेटन्सी कमी होते आणि सिस्टमची कार्यक्षमता वाढते.
ऊर्जा कार्यक्षमता – कमी विलंब आणि वीज वापर
लहान इंटरकनेक्ट मार्गांमुळे विलंब कमी होतो, तर कमी-प्रतिरोधक लेपनांमुळे जूल हीटिंग कमी होते. उदाहरणार्थ, TGV-सक्षम स्मार्टफोन चिप पॅकेजिंगमुळे कोअरचा वीज वापर १५-२०% ने कमी होऊ शकतो, ज्यामुळे बॅटरीचे आयुष्य वाढते आणि वापरकर्त्याचा अनुभव सुधारतो.
५. झेनहुआ व्हॅक्यूम: प्रगत TGV कोटिंग सोल्यूशन्स
उपकरणांचे फायदे
डीप-व्हिया ऑप्टिमायझेशन
मालकीचे डीप-होल कोटिंग तंत्रज्ञान 10:1 पेक्षा जास्त आस्पेक्ट रेशो असलेल्या 30 μm इतक्या लहान व्हियामध्ये देखील एकसमान सीड लेयर डिपॉझिशन सक्षम करते—उद्योगातील सर्वात कठीण आव्हानांपैकी एक सोडवते.
सानुकूल करण्यायोग्य सब्सट्रेट हाताळणी
600 × 600 मिमी / 510 × 515 मिमी सह विविध आकारांच्या काचेच्या सब्सट्रेटला समर्थन देते, तसेच मोठ्या फॉरमॅटमध्ये रूपांतरित करण्याची क्षमता आहे.
प्रक्रिया लवचिकता – बहु-सामग्री सुसंगतता
Cu, Ti, W, Ni, आणि Pt सारख्या सुवाहक आणि कार्यात्मक फिल्म्सना आधार देते, ज्यामुळे सुवाहकता आणि क्षरण-प्रतिरोधकतेसाठीच्या विविध अनुप्रयोगांच्या गरजा पूर्ण होतात.
स्थिर कामगिरी आणि सुलभ देखभाल
फिल्मच्या जाडीच्या एकसमानतेच्या रिअल-टाइम देखरेखीसाठी बुद्धिमान प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली, आणि सुलभ देखभाल व कमीत कमी डाउनटाइमसाठी मॉड्यूलर डिझाइनने सुसज्ज.
अनुप्रयोगाची व्याप्ती
TGV/TSV/TMV प्रगत पॅकेजिंगसाठी लागू, ज्यामुळे 10:1 च्या गुणोत्तराच्या खोल व्हियामध्ये अनुरूप सीड लेयरचे निक्षेपण शक्य होते.
हा लेख यांनी प्रकाशित केला आहे व्हॅक्यूम कोटिंग उपकरणे निर्माता झेनहुआ व्हॅक्यूम
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ सप्टेंबर २०२५