В современной цифровой революции взрывной рост передачи данных обусловлен высокочастотным взаимодействием в смартфонах, захватывающими AR/VR-технологиями и огромными вычислительными нагрузками в высокопроизводительных вычислительных системах. Традиционная 2D-упаковка — с длинными путями межсоединений и высокими потерями при передаче — больше не может преодолевать узкие места в производительности.
В результате, многослойная компоновка микросхем и 3D-упаковка стали стратегическим направлением развития отрасли. Для обеспечения действительно эффективных 3D-соединений технология сквозных стеклянных переходных отверстий (TGV) выделилась своими уникальными преимуществами, перейдя из резервов НИОКР в промышленное применение. TGV становится ключевым фактором для электронных устройств следующего поколения.
1. Технология TGV: «мост» трехмерной взаимосвязи
1.1 Основная концепция: Что именно представляет собой TGV?
Суть технологии TGV заключается в создании вертикальных микропереходов через стеклянную подложку. Эти переходы действуют как электрические мосты, напрямую соединяя расположенные друг над другом микросхемы или компоненты, обеспечивая передачу как сигнала, так и энергии. По сравнению с традиционной «планарной проводкой», вертикальные межсоединения значительно сокращают пути передачи и лежат в основе миниатюризации устройств и высокой степени интеграции.
1.2 Почему стеклянные подложки являются естественным носителем для TGV
Технология TGV превосходит технологию TSV (сквозные кремниевые переходные отверстия) благодаря трем ключевым преимуществам материала стекла:
Низкая диэлектрическая проницаемость – защита высокочастотных сигналов: Стекло по своей природе обладает низкой диэлектрической проницаемостью, что минимизирует диэлектрические потери при передаче и сохраняет целостность сигнала в высокочастотных приложениях, таких как 5G и высокопроизводительные вычисления.
Совместимость по коэффициенту теплового расширения с кремнием – повышение надежности: стекло по коэффициенту теплового расширения максимально приближено к кремнию, что снижает термомеханические напряжения и вероятность отказов при термических циклах, тем самым продлевая срок службы устройства.
Высокая оптическая прозрачность – возможность интеграции оптоэлектронных устройств: в отличие от непрозрачного кремния, прозрачность стекла поддерживает гибридные электрооптические приложения. Например, в кремниевых фотонных модулях стекло обеспечивает как электрические соединения, так и передачу оптического сигнала; в микродисплеях дополненной и виртуальной реальности прозрачность минимизирует оптическое блокирование и повышает яркость и четкость.
1.3 От TSV к TGV: естественная эволюция
До появления TGV доминирующей технологией трехмерных межсоединений была технология TSV. Однако по мере увеличения плотности интеграции технология TSV сталкивается с растущими проблемами:
Высокая стоимость: сложные технологические процессы — травление, изоляция, металлизация — делают TSV менее подходящими для крупномасштабного производства.
Проблемы с надежностью: Несоответствие коэффициентов теплового расширения кремния и других материалов часто приводит к растрескиванию или разрушению паяных соединений.
Ограниченная область применения: непрозрачность кремния исключает использование сквозных межсоединений (TSV) в оптоэлектронных приложениях, требующих прозрачности.
Технология TGV эффективно решает эти проблемы, что делает её предпочтительным решением для межсоединений следующего поколения.
2. Сквозное покрытие: ключевой фактор, обеспечивающий функциональность TGV.
2.1 Ключевой вывод: Без покрытия скоростной поезд TGV — это просто «пустая труба».
Стеклянные переходные отверстия по своей природе являются изоляторами и не проводят электричество. Для обеспечения межсоединений необходимо нанести конформный проводящий слой (обычно металлическую пленку) вдоль боковых стенок переходного отверстия. Этот слой функционирует как сигнальная магистраль, определяющая скорость, потери и стабильность. Неравномерное или дефектное покрытие приводит к повышению сопротивления, затуханию сигнала или даже обрыву цепи, поэтому металлизация переходных отверстий является жизненно важным элементом технологии TGV.
2.2 Проблемы: две критически важные болевые точки
Покрытие с высоким соотношением сторон
Диаметры межсоединений TGV теперь находятся в микрометровом диапазоне (до ~30 мкм), а глубина превышает соотношение сторон 10:1. Традиционные методы осаждения с трудом обеспечивают покрытие дна и равномерные пленки на боковых стенках, часто оставляя непокрытые «мертвые зоны», которые ухудшают характеристики межсоединений.
Контроль дефектов – скрытый убийца.
Углы и шероховатые боковые стенки переходных отверстий подвержены образованию пустот или пузырьков в процессе осаждения. Эти дефекты вызывают локальные скачки сопротивления или обрывы цепей, напрямую нарушая соединения между микросхемами и устройствами. Таким образом, подавление дефектов является главной задачей при нанесении покрытий методом TGV.
3. Четыре способа нанесения покрытия: преимущества и ограничения
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD): зрелый, но ограниченный метод.
Такие процессы, как испарение и распыление, позволяют получать высокочистые пленки с высокой адгезией. Однако из-за своей «прямой видимости» метод PVD плохо подходит для сквозных отверстий с высоким соотношением сторон и лучше всего подходит для отверстий с соотношением сторон менее ~5:1.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD): возможность получения изображений с высоким соотношением сторон, но высокая стоимость.
В процессе CVD используются газообразные прекурсоры, которые диффундируют вдоль боковых стенок сквозных отверстий, обеспечивая получение однородных покрытий даже в структурах с высоким соотношением сторон. Однако высокие температуры и давления создают риск повреждения стеклянных подложек, а стоимость оборудования высока, что делает этот метод подходящим в основном для высокотехнологичных применений.
Электрохимическое осаждение (ЭХО): экономически эффективное массовое производство.
Электрохимическое осаждение (ЭХО) позволяет получать проводящие пленки путем восстановления ионов металла на боковых стенках переходных отверстий. Этот метод отличается низкой стоимостью и высокой производительностью, что идеально подходит для массового производства. Однако необходим строгий контроль концентрации электролита и плотности тока — отклонения приводят к образованию пористых пленок или загрязнению. Обычно его применяют для переходных отверстий диаметром 5–50 мкм.
Осаждение атомных слоев (ALD): высокоточное решение
Метод ALD обеспечивает контроль толщины на атомном уровне и превосходную конформность, что делает его идеальным для создания переходных отверстий с очень большим соотношением сторон. Он решает проблему покрытия, но страдает от чрезвычайно низкой скорости осаждения и высокой стоимости. Таким образом, ALD в основном используется в аэрокосмической отрасли и для высоконадежных датчиков.
4. Ценность покрытия TGV: повышение эффективности трехмерных соединений
Прорыв в скорости – высокоскоростные прямые соединения
В 2D-упаковке сигналы должны проходить большие расстояния, что увеличивает потери. Благодаря металлизации TGV межсоединения между чипом и платой, а также между чипом и системой становятся короткими, вертикальными и с низкими потерями. В высокопроизводительных вычислительных серверах сквозные отверстия с покрытием TGV позволяют увеличить скорость связи между ЦП и памятью/ГП более чем на 30%, снижая задержку и повышая эффективность системы.
Энергоэффективность – снижение задержек и энергопотребления.
Более короткие пути межсоединений уменьшают задержку, а низкоомные покрытия минимизируют джоулево тепловыделение. Например, упаковка чипов для смартфонов с поддержкой технологии TGV может снизить энергопотребление ядра на 15–20%, продлить срок службы батареи и улучшить пользовательский опыт.
5. Zhenhua Vacuum: Передовые решения для нанесения покрытий на скоростные поезда TGV.
Преимущества оборудования
Оптимизация глубоких переходных отверстий
Запатентованная технология нанесения глубоких покрытий позволяет получать равномерный затравочный слой даже в сквозных отверстиях размером всего 30 мкм с соотношением сторон более 10:1, решая одну из самых сложных задач в отрасли.
Настраиваемая обработка субстрата
Поддерживает широкий диапазон размеров стеклянных подложек, включая 600 × 600 мм / 510 × 515 мм, с возможностью масштабирования до больших форматов.
Гибкость технологического процесса – совместимость с различными материалами
Подходит для нанесения проводящих и функциональных пленок, таких как Cu, Ti, W, Ni и Pt, и отвечает разнообразным требованиям к проводимости и коррозионной стойкости.
Стабильная работа и простота обслуживания
Оснащен интеллектуальными системами управления технологическим процессом для мониторинга равномерности толщины пленки в режиме реального времени, а также модульной конструкцией для упрощения технического обслуживания и сокращения времени простоя.
Область применения
Подходит для усовершенствованной упаковки TGV/TSV/TMV, обеспечивая конформное нанесение затравочного слоя в глубокие переходные отверстия с соотношением сторон 10:1.
—Эта статья была опубликована вакуумное напыление производитель Zhenhua Vacuum
Дата публикации: 27 сентября 2025 г.