În evoluția tehnologiei de ambalare a semiconductorilor, interconexiunile verticale au fost întotdeauna un factor cheie care determină performanța sistemului, amprenta și consumul de energie. De la primele tehnici de lipire prin cabluri și flip-chip până la apariția circuitelor integrate 3D suprapuse, industria a căutat soluții de interconectare cu densitate mai mare și pe distanțe mai scurte.
În acest context, TSV (Through Silicon Via - prin siliciu via) și TGV (Through Glass Via - prin sticlă via) au apărut ca două tehnologii principale de interconectare verticală. Acestea diferă prin sistemele de materiale, procesele de fabricație, caracteristicile de performanță și domeniile de aplicare, reprezentând un punct esențial în dezvoltarea ambalajelor de generație următoare.
I. TSV: Pionier în ambalarea 3D
1. Principiu tehnic
TSV se referă la via-uri cu raport de aspect ridicat gravate printr-un substrat de siliciu (de obicei cu o adâncime de zeci până la sute de microni), urmate de formarea unui strat izolator, a unui strat de semințe metalice și a unui strat de umplutură metalică (de obicei cupru) pe pereții via-urilor. Aceste via-uri verticale permit interconexiuni electrice de mare viteză între straturile suprapuse ale cipurilor.
2. Fluxul procesului
Procesul tipic de fabricație a TSV include:
Gravare profundă a siliciului (DRIE): Crearea de via-uri cu raport de aspect ridicat în placheta de siliciu.
Depunere strat izolator: De obicei, SiO₂ depus prin PECVD pentru a izola electric umplutura metalică de substratul de siliciu.
Depunerea stratului de însămânțare și galvanizare: Depunerea PVD a unui strat de însămânțare metalic urmată de galvanizare cu cupru.
Lustruire chimico-mecanică (CMP): Îndepărtați excesul de metal pentru a obține o suprafață planarizată.
3. Avantaje și limitări
TSV oferă căi de interconectare extrem de scurte, latență redusă a semnalului, consum redus de energie și lățime de bandă mare, ceea ce îl face un factor critic pentru calculul de înaltă performanță și memoria cu lățime de bandă mare.
Totuși, TSV are și limitări:
Probleme de stres termic: Neconcordanța mare a CTE dintre siliciu și cupru poate reduce fiabilitatea.
Cost ridicat al procesului: Gravarea profundă, galvanizarea și CMP sunt complexe și sensibile la randament.
Provocări legate de izolația electrică: Grosimea și uniformitatea stratului izolator afectează direct rezistența dielectrică.
Pe măsură ce densitatea integrării cipurilor crește, conflictele dintre randament și cost au impulsionat explorarea materialelor alternative - creând oportunitatea pentru TGV.
II. TGV: Inovație în interconectarea pe bază de sticlă
1. Principiu tehnic
TGV utilizează substraturi de sticlă în loc de siliciu. Viile de înaltă precizie sunt formate prin găurire cu laser sau gravare umedă, urmată de depunerea unui strat de semințe metalice și galvanizare, realizând interconexiuni verticale similare cu TSV.
Sticla oferă o izolație electrică excelentă, o constantă dielectrică (Dk) scăzută, pierderi dielectrice (Df) reduse și o stabilitate dimensională remarcabilă, ceea ce face ca TGV să fie extrem de atractiv pentru transmisia de semnale de mare viteză și ambalarea optoelectronică.
2. Fluxul procesului
Etapele cheie în fabricarea TGV includ:
Găurire cu laser: Laserele ultrarapide formează microviae în sticlă cu diametre cuprinse de obicei între 20 și 150 μm.
Depunerea stratului de însămânțare: PVD, cum ar fi pulverizarea cu magnetron, depune un strat conductiv uniform pe pereții via.
Galvanizare metalică: Cuprul sau aliajul nichel-cupru umple canalele pentru a forma conexiuni electrice prin sticlă.
Planarizare și structurare: Permite interconexiuni multistrat sau legarea la cipuri IC.
3. Avantaje
Comparativ cu TSV, TGV prezintă mai multe avantaje:
Pierdere dielectrică redusă: Sticla Dk are aproximativ 1/3 din siliciu, reducând diafonia semnalului și pierderile de inserție.
Stabilitate termică excelentă: CTE apropiat de cel al metalelor, reducând la minimum stresul termic.
Transparență optică: Susține integrarea optoelectronică în fotonică și senzori.
Cost controlabil: Găurirea cu laser și prelucrarea sticlei sunt în curs de dezvoltare, fiind potrivite pentru producția de panouri de mari dimensiuni.
III. TSV vs. TGV: Comparație și domenii de aplicare
| Articol | TSV (prin fibră de siliciu) | TGV (prin sticlă prin) |
| Substrat | Siliciu monocristalin | Sticlă specială (Borofloat, Corning, Schott etc.) |
| Diametrul găurii | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Adâncimea găurii | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Izolare | Este necesar un strat izolator suplimentar | Sticlă intrinsec izolatoare |
| Potrivirea coeficientului de dilatare termică | Diferențe semnificative în comparație cu Cu | Similar cu Cu, stres termic redus |
| Costul procesului | Ridicat | Relativ mai scăzut |
| Aplicații | Logică/Memorie 3D Stacking | SiP, senzori, ambalaje optoelectronice, antene, MEMS |
TSV rămâne alegerea principală pentru logică de înaltă performanță și stivuire 3D a memoriei, în timp ce TGV se extinde rapid în SiP, integrare optoelectronică, senzori și dispozitive RF.
Odată cu dimensiunile substraturilor de sticlă care ating ambalajele la nivel de panou (PLP), TGV devine o platformă de interconectare ideală pentru comunicații 5G, radar auto, optică AR și ambalaje Mini/Micro LED.
IV. De la siliciu la sticlă: beneficii la nivel de sistem
Introducerea sticlei nu este doar o înlocuire a materialelor; ea reprezintă o schimbare în filosofia designului la nivel de sistem.
Performanță electrică: Sticla cu Dk scăzut reduce semnificativ întârzierea semnalului și consumul de energie.
Integritate structurală: TGV oferă o planaritate mai mare și o deformare mai mică pentru ambalaje pe suprafețe mari.
Flexibilitate în fabricație: Prelucrarea cu laser combinată cu PVD în vid permite o compatibilitate și o scalabilitate ridicate ale procesului.
În special, pentru integrarea optoelectronică, transparența optică a sticlei permite proiecte de ambalaje în care substratul suportă nu numai interconexiuni electrice, ci și ghiduri de undă, lentile și ferestre pentru senzori, ceea ce este dificil de realizat cu TSV.
Soluție de acoperire a straturilor de semințe TGV în vid V. ZhenHua
Avantajele echipamentului:
Optimizarea acoperirii cu straturi de via profunde: Tehnologie proprietară de acoperire cu straturi de via profunde, capabilă să gestioneze via-uri de până la 30 μm cu un raport de aspect >10:1, abordând provocările complexe ale via-urilor profunde.
Personalizabil pentru diverse dimensiuni: Acceptă substraturi din sticlă, inclusiv 600×600 mm, 510×515 mm sau mai mari.
Flexibilitate a procesului: Compatibil cu Cu, Ti, Ni, Pt și alte pelicule subțiri conductive sau funcționale pentru a îndeplini diverse cerințe electrice și de rezistență la coroziune.
Performanță stabilă și întreținere ușoară: Echipat cu control inteligent pentru ajustarea automată a parametrilor și monitorizarea în timp real a uniformității grosimii; designul modular facilitează întreținerea și reduce timpul de nefuncționare.
Domeniu de aplicare: Potrivit pentru ambalarea avansată TGV/TSV/TMV, realizând o acoperire profundă prin stratul de semințe cu un raport de aspect de 10:1.
—Acest articol a fost publicat deechipament de acoperire în vid producător Zhenhua Vacuum
Data publicării: 16 oct. 2025