Dalam evolusi teknologi pembungkusan semikonduktor, sambungan menegak sentiasa menjadi faktor utama yang menentukan prestasi sistem, jejak dan penggunaan kuasa. Daripada teknik ikatan wayar awal dan teknik cip flip hingga kemunculan IC bertindan 3D, industri ini telah mencari penyelesaian sambungan yang lebih berketumpatan tinggi dan lebih pendek.
Dalam konteks ini, TSV (Melalui Silikon Melalui) dan TGV (Melalui Kaca Melalui) telah muncul sebagai dua teknologi saling hubung menegak arus perdana. Kedua-duanya berbeza dari segi sistem bahan, proses pembuatan, ciri prestasi dan domain aplikasi, yang mewakili titik penting dalam pembangunan pembungkusan generasi akan datang.
I. TSV: Perintis Pembungkusan 3D
1. Prinsip Teknikal
TSV merujuk kepada vias bernisbah aspek tinggi yang terukir melalui substrat silikon (biasanya sedalam puluhan hingga ratusan mikron), diikuti dengan pembentukan lapisan penebat, lapisan benih logam dan isian logam (biasanya kuprum) pada dinding via. Vias menegak ini membolehkan sambungan elektrik berkelajuan tinggi antara lapisan cip yang disusun.
2. Aliran Proses
Proses fabrikasi TSV yang biasa termasuk:
Pengukiran Silikon Dalam (DRIE): Cipta vias nisbah aspek tinggi dalam wafer silikon.
Pemendapan Lapisan Penebat: Biasanya SiO₂ yang dimendapkan PECVD untuk mengasingkan isian logam daripada substrat silikon secara elektrik.
Pemendapan Lapisan Benih dan Penyaduran Elektro: Pemendapan PVD lapisan benih logam diikuti dengan penyaduran elektro kuprum.
Penggilapan Mekanikal Kimia (CMP): Buang logam berlebihan untuk mencapai permukaan yang rata.
3. Kelebihan dan Kelemahan
TSV menawarkan laluan saling hubung yang sangat pendek, latensi isyarat yang rendah, penggunaan kuasa yang rendah dan lebar jalur yang tinggi, menjadikannya pemboleh kritikal untuk pengkomputeran berprestasi tinggi dan memori lebar jalur tinggi.
Walau bagaimanapun, TSV juga mempunyai batasan:
Isu tekanan terma: Ketidakpadanan besar dalam CTE antara silikon dan kuprum boleh mengurangkan kebolehpercayaan.
Kos proses yang tinggi: Pengukiran dalam, penyaduran elektrik dan CMP adalah kompleks dan sensitif terhadap hasil.
Cabaran penebat elektrik: Ketebalan dan keseragaman lapisan penebat secara langsung mempengaruhi kekuatan dielektrik.
Apabila ketumpatan integrasi cip meningkat, konflik antara hasil dan kos telah mendorong penerokaan bahan alternatif—mewujudkan peluang untuk TGV.
II. TGV: Inovasi Sambungan Berasaskan Kaca
1. Prinsip Teknikal
TGV menggunakan substrat kaca dan bukannya silikon. Vias berketepatan tinggi dibentuk melalui penggerudian laser atau pengetsaan basah, diikuti dengan pemendapan lapisan benih logam dan penyaduran elektrik, mencapai sambungan menegak yang serupa dengan TSV.
Kaca menawarkan penebat elektrik yang sangat baik, pemalar dielektrik (Dk) yang rendah, kehilangan dielektrik (Df) yang rendah dan kestabilan dimensi yang luar biasa, menjadikan TGV sangat menarik untuk penghantaran isyarat berkelajuan tinggi dan pembungkusan optoelektronik.
2. Aliran Proses
Langkah-langkah utama dalam fabrikasi TGV termasuk:
Penggerudian Laser: Laser ultra pantas membentuk mikrovia dalam kaca dengan diameter biasanya antara 20–150 μm.
Pemendapan Lapisan Benih: PVD, seperti percikan magnetron, mendapan lapisan konduktif seragam pada dinding via.
Penyaduran Elektro Logam: Aloi kuprum atau nikel-kuprum mengisi vias untuk membentuk sambungan elektrik melalui kaca.
Perancangan dan Pencorak: Membolehkan sambungan berbilang lapisan atau ikatan pada cip IC.
3. Kelebihan
Berbanding dengan TSV, TGV menunjukkan beberapa kelebihan:
Kehilangan dielektrik yang rendah: Kaca Dk adalah kira-kira 1/3 daripada silikon, mengurangkan crosstalk isyarat dan kehilangan sisipan.
Kestabilan terma yang sangat baik: CTE hampir dengan logam, meminimumkan tekanan terma.
Ketelusan optik: Menyokong penyepaduan optoelektronik dalam fotonik dan sensor.
Kos terkawal: Penggerudian laser dan pemprosesan kaca semakin matang, sesuai untuk pengeluaran peringkat panel kawasan besar.
III. TSV vs TGV: Perbandingan dan Domain Aplikasi
| Barang | TSV (Melalui Silicon Via) | TGV (Melalui Kaca) |
| Substrat | Silikon monokristalin | Kaca khusus (Borofloat, Corning, Schott, dll.) |
| Diameter lubang | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Kedalaman Lubang | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Penebat | Lapisan penebat tambahan diperlukan | Kaca penebat intrinsik |
| Padanan Pekali Pengembangan Terma | Perbezaan ketara berbanding dengan Cu | Sama seperti Cu, tekanan haba yang rendah |
| Kos Proses | Tinggi | Agak lebih rendah |
| Aplikasi | Penimbunan 3D Logik/Memori | SiP, sensor, pembungkusan optoelektronik, antena, MEMS |
TSV kekal sebagai pilihan arus perdana untuk penyusunan 3D logik dan memori berprestasi tinggi, manakala TGV berkembang pesat dalam SiP, integrasi optoelektronik, sensor dan peranti RF.
Dengan saiz substrat kaca yang mencecah pembungkusan peringkat panel (PLP), TGV menjadi platform interkoneksi yang ideal untuk komunikasi 5G, radar automotif, optik AR dan pembungkusan Mini/Mikro LED.
IV. Daripada Silikon kepada Kaca: Faedah Peringkat Sistem
Pengenalan kaca bukan sekadar pengganti bahan; ia mewakili perubahan dalam falsafah reka bentuk peringkat sistem.
Prestasi elektrik: Kaca Dk rendah mengurangkan kelewatan isyarat dan penggunaan kuasa dengan ketara.
Integriti struktur: TGV menawarkan kerataan yang lebih tinggi dan lengkungan yang lebih rendah untuk pembungkusan kawasan besar.
Fleksibiliti pembuatan: Pemprosesan laser yang digabungkan dengan PVD vakum membolehkan keserasian dan kebolehskalaan proses yang tinggi.
Khususnya, untuk penyepaduan optoelektronik, ketelusan optik kaca membolehkan reka bentuk pembungkusan di mana substrat bukan sahaja menyokong sambungan elektrik tetapi juga pandu gelombang, kanta dan tingkap sensor, yang sukar dicapai dengan TSV.
Penyelesaian Salutan Lapisan Benih TGV Vakum V. ZhenHua
Kelebihan Peralatan:
Pengoptimuman Salutan Melalui Dalam: Teknologi salutan melalui dalam proprietari yang mampu mengendalikan melalui sekecil 30 μm dengan nisbah aspek >10:1, menangani cabaran melalui dalam yang kompleks.
Boleh disesuaikan untuk Pelbagai Saiz: Menyokong substrat kaca termasuk 600×600 mm, 510×515 mm atau lebih besar.
Fleksibiliti Proses: Sesuai dengan Cu, Ti, Ni, Pt dan filem nipis konduktif atau berfungsi yang lain untuk memenuhi pelbagai keperluan rintangan elektrik dan kakisan.
Prestasi Stabil & Penyelenggaraan Mudah: Dilengkapi dengan kawalan pintar untuk pelarasan parameter automatik dan pemantauan masa nyata bagi keseragaman ketebalan; reka bentuk modular memudahkan penyelenggaraan dan mengurangkan masa henti.
Skop Aplikasi: Sesuai untuk pembungkusan canggih TGV/TSV/TMV, mencapai salutan lapisan biji benih dalam dengan nisbah aspek 10:1.
—Artikel ini diterbitkan olehperalatan salutan vakum pengeluar Vakum Zhenhua
Masa siaran: 16 Okt-2025