In de huidige digitale revolutie wordt de explosieve groei van gegevensoverdracht aangedreven door hoogfrequente interacties in smartphones, meeslepende AR/VR-ervaringen en enorme rekenkracht in high-performance computing. Traditionele 2D-verpakkingen – met lange interconnectiepaden en hoge transmissieverliezen – kunnen de prestatieknelpunten niet langer overwinnen.
Als gevolg hiervan zijn chipstapeling en 3D-verpakking uitgegroeid tot de strategische richting van de industrie. Om echt efficiënte 3D-interconnecties mogelijk te maken, heeft Through Glass Via (TGV)-technologie zich onderscheiden door haar unieke voordelen en is ze van R&D-niveau naar industriële toepassing verschoven. TGV wordt nu een belangrijke factor voor de volgende generatie elektronische apparaten.
1. TGV-technologie: De "brug" van 3D-interconnectie
1.1 Kernbegrip: Wat is TGV precies?
De essentie van TGV is het fabriceren van verticale microvias door een glazen substraat. Deze vias fungeren als elektrische bruggen en verbinden direct gestapelde chips of componenten, waardoor zowel signaal- als stroomoverdracht mogelijk is. In vergelijking met traditionele "planaire bedrading" verkort verticale interconnectie de transmissiepaden aanzienlijk en vormt het de basis voor miniaturisatie en hoge integratie van apparaten.
1.2 Waarom glazen substraten de natuurlijke drager zijn voor TGV
TGV overtreft TSV (Through Silicon Via) dankzij drie belangrijke materiaaleigenschappen van glas:
Lage diëlektrische constante – bescherming van hoogfrequente signalen: Glas heeft van nature een lage diëlektrische constante, waardoor diëlektrisch verlies tijdens transmissie wordt geminimaliseerd en de signaalintegriteit behouden blijft in hoogfrequente toepassingen zoals 5G en HPC.
Compatibiliteit van thermische uitzetting met silicium – verbeterde betrouwbaarheid: Glas heeft een uitzettingscoëfficiënt die nauw aansluit bij die van silicium, waardoor thermomechanische spanningen en defecten tijdens thermische cycli worden verminderd en de levensduur van het apparaat wordt verlengd.
Hoge optische transparantie – waardoor opto-elektronische integratie mogelijk wordt: In tegenstelling tot ondoorzichtig silicium ondersteunt de transparantie van glas elektro-optische hybride toepassingen. In siliciumfotonica-modules maakt glas bijvoorbeeld zowel elektrische verbindingen als optische signaaloverdracht mogelijk; in AR/VR-microdisplays minimaliseert transparantie optische blokkering en verbetert de helderheid en scherpte.
1.3 Van TSV naar TGV: een natuurlijke evolutie
Vóór TGV was TSV de dominante 3D-interconnectietechnologie. TSV staat echter voor steeds grotere uitdagingen naarmate de integratiedichtheid toeneemt:
Hoge kosten: Complexe processtappen – etsen, isolatie, metallisatie – maken TSV minder geschikt voor grootschalige productie.
Betrouwbaarheidsproblemen: Een verschil in thermische uitzetting tussen silicium en andere materialen leidt vaak tot scheuren of defecten aan soldeerverbindingen.
Beperkt toepassingsgebied: De ondoorzichtigheid van silicium sluit TSV uit van opto-elektronische toepassingen die transparantie vereisen.
TGV pakt deze pijnpunten effectief aan, waardoor het de voorkeursoplossing voor interconnecties van de volgende generatie is.
2. Via-coating: De essentiële factor die TGV functioneel maakt
2.1 Kerninzicht: Zonder coating is een TGV slechts een "lege buis".
Glazen via's zijn van nature isolerend en geleiden geen elektriciteit. Om interconnectie mogelijk te maken, moet een conforme geleidende laag (meestal een metaalfilm) langs de zijwanden van de via worden aangebracht. Deze laag fungeert als een signaal-snelweg en bepaalt de snelheid, het verlies en de stabiliteit. Niet-uniforme of defecte coatings veroorzaken een hogere weerstand, signaalverzwakking of zelfs onderbrekingen in het circuit, waardoor de metallisatie van de via's van essentieel belang is voor de TGV-technologie.
2.2 De uitdagingen: Twee cruciale pijnpunten
Hoge beeldverhouding dekking
De diameters van TGV's liggen nu in het micrometerbereik (tot ongeveer 30 μm) met dieptes die aspectverhoudingen van meer dan 10:1 overschrijden. Traditionele depositieprocessen hebben moeite om een goede bodembedekking en uniforme zijwandlagen te bereiken, waardoor vaak ongecoate "dode zones" achterblijven die de prestaties van de interconnecties negatief beïnvloeden.
Defectcontrole – De verborgen moordenaar
Hoeken en ruwe wanden van via's zijn gevoelig voor afzettingsholtes of -bellen. Deze defecten veroorzaken plaatselijke weerstandspieken of onderbrekingen in het circuit, waardoor verbindingen tussen chips en apparaten direct worden verbroken. Het onderdrukken van defecten is daarom de grootste uitdaging bij TGV-coating.
3. Vier coatingmethoden: sterke punten en beperkingen
Fysische dampafzetting (PVD): een volwaardig maar beperkt systeem.
Processen zoals verdamping en sputteren leveren zeer zuivere, sterk hechtende films op. Vanwege het "zichtlijn"-karakter heeft PVD echter moeite met via's met een hoge aspectverhouding en is het het meest geschikt voor via's met een aspectverhouding van minder dan ongeveer 5:1.
Chemische dampafzetting (CVD): Geschikt voor hoge aspectverhoudingen, maar kostbaar.
CVD maakt gebruik van gasvormige voorlopers die via de zijwanden diffunderen, waardoor zelfs in structuren met een hoge aspectverhouding uniforme coatings ontstaan. De hoge temperaturen en drukken brengen echter het risico met zich mee dat glazen substraten beschadigd raken, en de apparatuur is duur, waardoor het vooral geschikt is voor hoogwaardige toepassingen.
Elektrochemische depositie (ECD): kosteneffectieve massaproductie
ECD (elektrochemische depositie) brengt geleidende films aan door metaalionen op de wanden van via's te reduceren. Het biedt lage kosten en een hoge doorvoer, ideaal voor massaproductie. Een nauwkeurige controle van de elektrolytconcentratie en stroomdichtheid is echter essentieel; afwijkingen leiden tot poreuze films of verontreiniging. Het wordt doorgaans toegepast op via's met een diameter van 5–50 μm.
Atomic Layer Deposition (ALD): De precisieoplossing
ALD maakt nauwkeurige diktecontrole op atomair niveau en uitstekende conformiteit mogelijk, waardoor het ideaal is voor via's met een zeer hoge aspectverhouding. Het lost het probleem van de dekking op, maar heeft als nadeel dat de afzettingssnelheid extreem laag is en de kosten hoog. Daarom wordt ALD voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en voor zeer betrouwbare sensoren.
4. De waarde van TGV-coating: het stimuleren van 3D-interconnectieprestaties
Snelheidsdoorbraak – Supersnelle directe verbindingen
Bij 2D-verpakkingen moeten signalen lange afstanden afleggen, wat het verlies verhoogt. Met TGV-metallisatie worden de verbindingen tussen chip en printplaat, en tussen chip en systeem, kort, verticaal en verliesarm. In HPC-servers maken TGV-gecoate via's een verbetering van de communicatiesnelheid tussen CPU en geheugen/GPU met meer dan 30% mogelijk, waardoor de latentie afneemt en de systeemefficiëntie toeneemt.
Energie-efficiëntie – Minder vertraging en lager energieverbruik
Kortere verbindingspaden verminderen de vertraging, terwijl coatings met een lage weerstand de Joule-verwarming minimaliseren. Zo kan de TGV-technologie in smartphonechipverpakkingen het stroomverbruik van de chipkern met 15-20% verlagen, waardoor de batterijduur wordt verlengd en de gebruikerservaring verbetert.
5. Zhenhua Vacuum: Geavanceerde TGV-coatingoplossingen
Voordelen van de apparatuur
Diepe-Via-optimalisatie
Dankzij gepatenteerde deep-hole coatingtechnologie kan een uniforme zaadlaag worden aangebracht, zelfs in via's zo klein als 30 μm met aspectverhoudingen van meer dan 10:1. Hiermee wordt een van de grootste uitdagingen in de industrie opgelost.
Aanpasbare substraatverwerking
Ondersteunt een reeks glassubstraatformaten, waaronder 600 × 600 mm / 510 × 515 mm, met de mogelijkheid tot uitbreiding naar grotere formaten.
Procesflexibiliteit – Compatibiliteit met meerdere materialen
Ondersteunt geleidende en functionele films zoals Cu, Ti, W, Ni en Pt, en voldoet daarmee aan uiteenlopende toepassingsvereisten op het gebied van geleidbaarheid en corrosiebestendigheid.
Stabiele prestaties en eenvoudig onderhoud.
Uitgerust met intelligente procesbesturingssystemen voor realtime monitoring van de uniformiteit van de filmdikte, en een modulair ontwerp voor eenvoudig onderhoud en minder stilstand.
Toepassingsgebied
Geschikt voor geavanceerde TGV/TSV/TMV-verpakkingstechnologie, waardoor conforme zaadlaagafzetting mogelijk is in diepe via's met aspectverhoudingen van 10:1.
—Dit artikel is gepubliceerd door vacuümcoatingapparatuur fabrikant Zhenhua Vacuum
Geplaatst op: 27 september 2025