Na evolução da tecnologia de encapsulamento de semicondutores, as interconexões verticais sempre foram um fator chave na determinação do desempenho, da área ocupada e do consumo de energia do sistema. Desde as primeiras técnicas de ligação por fio e flip-chip até o surgimento de circuitos integrados empilhados em 3D, a indústria busca soluções de interconexão mais densas e compactas.
Nesse contexto, TSV (Through Silicon Via) e TGV (Through Glass Via) emergiram como duas tecnologias de interconexão vertical predominantes. Elas diferem em sistemas de materiais, processos de fabricação, características de desempenho e domínios de aplicação, representando um ponto crucial no desenvolvimento de embalagens de próxima geração.
I. TSV: Pioneira em Embalagens 3D
1. Princípio Técnico
TSV refere-se a vias de alta relação de aspecto gravadas em um substrato de silício (tipicamente com dezenas a centenas de micrômetros de profundidade), seguidas pela formação de uma camada isolante, uma camada de semente metálica e um preenchimento metálico (geralmente cobre) nas paredes da via. Essas vias verticais permitem interconexões elétricas de alta velocidade entre camadas de chips empilhadas.
2. Fluxo do Processo
O processo típico de fabricação de TSV inclui:
Gravação profunda de silício (DRIE): Cria vias de alta relação de aspecto na pastilha de silício.
Deposição de camada isolante: Normalmente, utiliza-se SiO₂ depositado por PECVD para isolar eletricamente o material metálico do substrato de silício.
Deposição de camada de semente e eletrodeposição: Deposição PVD de uma camada de semente metálica seguida de eletrodeposição de cobre.
Polimento químico-mecânico (CMP): Remove o excesso de metal para obter uma superfície plana.
3. Vantagens e Limitações
A tecnologia TSV oferece caminhos de interconexão extremamente curtos, baixa latência de sinal, baixo consumo de energia e alta largura de banda, tornando-se um elemento essencial para computação de alto desempenho e memória de alta largura de banda.
No entanto, o TSV também tem limitações:
Problemas de estresse térmico: Uma grande diferença no coeficiente de expansão térmica (CTE) entre o silício e o cobre pode reduzir a confiabilidade.
Alto custo de processo: A gravação profunda, a galvanoplastia e o CMP são processos complexos e sensíveis ao rendimento.
Desafios do isolamento elétrico: A espessura e a uniformidade da camada isolante afetam diretamente a rigidez dielétrica.
Com o aumento da densidade de integração dos chips, os conflitos entre rendimento e custo impulsionaram a exploração de materiais alternativos, criando a oportunidade para o TGV.
II. TGV: Inovação em Interconexão Baseada em Vidro
1. Princípio Técnico
A tecnologia TGV utiliza substratos de vidro em vez de silício. Vias de alta precisão são formadas por perfuração a laser ou ataque químico úmido, seguido pela deposição de uma camada de semente metálica e galvanoplastia, resultando em interconexões verticais semelhantes às da tecnologia TSV.
O vidro oferece excelente isolamento elétrico, baixa constante dielétrica (Dk), baixa perda dielétrica (Df) e estabilidade dimensional excepcional, tornando o TGV altamente atraente para transmissão de sinais de alta velocidade e encapsulamento optoeletrônico.
2. Fluxo do Processo
As principais etapas na fabricação do TGV incluem:
Perfuração a laser: Lasers ultrarrápidos formam microfuros em vidro com diâmetros que normalmente variam de 20 a 150 μm.
Deposição da camada de semente: A deposição física de vapor (PVD), como a pulverização catódica por magnetron, deposita uma camada condutora uniforme nas paredes do furo metalizado.
Galvanoplastia: Cobre ou liga de níquel-cobre preenche os orifícios para formar conexões elétricas através do vidro.
Planarização e padronização: Permite interconexões multicamadas ou ligação a chips de circuitos integrados.
3. Vantagens
Em comparação com o TSV, o TGV apresenta diversas vantagens:
Baixa perda dielétrica: A constante dielétrica do vidro (Dk) é cerca de 1/3 da do silício, reduzindo a interferência entre sinais e a perda de inserção.
Excelente estabilidade térmica: coeficiente de expansão térmica próximo ao dos metais, minimizando o estresse térmico.
Transparência óptica: Permite a integração optoeletrônica em fotônica e sensores.
Custo controlável: A perfuração a laser e o processamento de vidro estão se tornando cada vez mais sofisticados, adequados para a produção em larga escala de painéis.
III. TSV vs TGV: Comparação e Domínios de Aplicação
| Item | TSV (Through Silicon Via) | TGV (Através do Vidro) |
| Substrato | silício monocristalino | Vidros especiais (Borofloat, Corning, Schott, etc.) |
| Diâmetro do furo | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Profundidade do furo | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Isolamento | É necessária uma camada isolante adicional. | Vidro intrinsecamente isolante |
| Correspondência do coeficiente de expansão térmica | Diferenças significativas em comparação com o Cu | Semelhante ao cobre, baixa tensão térmica |
| Custo do processo | Alto | Relativamente mais baixo |
| Aplicações | Empilhamento 3D de lógica/memória | SiP, sensores, encapsulamento optoeletrônico, antenas, MEMS |
O TSV continua sendo a principal escolha para empilhamento 3D de lógica e memória de alto desempenho, enquanto o TGV está se expandindo rapidamente em SiP, integração optoeletrônica, sensores e dispositivos de RF.
Com substratos de vidro de dimensões que atingem o nível de encapsulamento em painel (PLP), o TGV está se tornando uma plataforma de interconexão ideal para comunicação 5G, radar automotivo, óptica de realidade aumentada e encapsulamento de LEDs mini/micro.
IV. Do silício ao vidro: benefícios em nível de sistema
A introdução do vidro não é meramente uma substituição de material; representa uma mudança na filosofia de projeto em nível de sistema.
Desempenho elétrico: O vidro de baixa permeabilidade (Dk) reduz significativamente o atraso do sinal e o consumo de energia.
Integridade estrutural: O TGV oferece maior planaridade e menor empenamento para embalagens de grande área.
Flexibilidade de fabricação: O processamento a laser combinado com a deposição física de vapor a vácuo (PVD) permite alta compatibilidade e escalabilidade do processo.
Em particular, para a integração optoeletrônica, a transparência óptica do vidro permite projetos de encapsulamento onde o substrato suporta não apenas interconexões elétricas, mas também guias de onda, lentes e janelas de sensores, o que é difícil de alcançar com TSV (Through-Silicon Via).
Solução de revestimento da camada de semente TGV a vácuo V. ZhenHua
Vantagens do equipamento:
Otimização do Revestimento de Vias Profundas: Tecnologia proprietária de revestimento de vias profundas capaz de lidar com vias tão pequenas quanto 30 μm com relação de aspecto >10:1, solucionando desafios complexos de vias profundas.
Personalizável para diversos tamanhos: Suporta substratos de vidro, incluindo 600×600 mm, 510×515 mm ou maiores.
Flexibilidade de processo: Compatível com filmes finos condutores ou funcionais de Cu, Ti, Ni, Pt e outros materiais para atender a diversos requisitos de resistência elétrica e à corrosão.
Desempenho estável e fácil manutenção: Equipada com controle inteligente para ajuste automático de parâmetros e monitoramento em tempo real da uniformidade da espessura; o design modular facilita a manutenção e reduz o tempo de inatividade.
Âmbito de aplicação: Adequado para embalagens avançadas TGV/TSV/TMV, permitindo o revestimento de camadas de sementes com vias profundas e relação de aspecto de 10:1.
—Este artigo foi publicado porequipamento de revestimento a vácuo Fabricante Zhenhua Vacuum
Data da publicação: 16/10/2025