Vo vývoji technológie balenia polovodičov boli vertikálne prepojenia vždy kľúčovým faktorom určujúcim výkon systému, zaberanú plochu a spotrebu energie. Od raných techník spájania vodičov a flip-chip až po vznik 3D stohovaných integrovaných obvodov, priemysel hľadal riešenia prepojení s vyššou hustotou a kratšími prepojeniami.
V tejto súvislosti sa TSV (Through Silicon Via) a TGV (Through Glass Via) stali dvoma hlavnými technológiami vertikálneho prepojenia. Líšia sa materiálovými systémami, výrobnými procesmi, výkonnostnými charakteristikami a oblasťami použitia, čo predstavuje kľúčový bod vo vývoji obalov novej generácie.
I. TSV: Priekopník 3D balenia
1. Technický princíp
TSV označuje prechody s vysokým pomerom strán vyleptané cez kremíkový substrát (zvyčajne desiatky až stovky mikrónov hlboké), po ktorých nasleduje vytvorenie izolačnej vrstvy, vrstvy kovového zárodku a kovovej výplne (zvyčajne medi) na stenách prechodov. Tieto vertikálne prechody umožňujú vysokorýchlostné elektrické prepojenia medzi naskladanými vrstvami čipov.
2. Priebeh procesu
Typický proces výroby TSV zahŕňa:
Hlboké leptanie kremíka (DRIE): Vytvorenie prechodových otvorov s vysokým pomerom strán v kremíkovej doštičke.
Nanášanie izolačnej vrstvy: Zvyčajne sa používa SiO₂ nanesený metódou PECVD na elektrickú izoláciu kovovej výplne od kremíkového substrátu.
Nanášanie a galvanické pokovovanie semennej vrstvy: PVD nanášanie kovovej semennej vrstvy s následným galvanickým pokovovaním meďou.
Chemicko-mechanické leštenie (CMP): Odstráňte prebytočný kov, aby ste dosiahli planárny povrch.
3. Výhody a obmedzenia
TSV ponúka extrémne krátke prepojovacie cesty, nízku latenciu signálu, nízku spotrebu energie a vysokú šírku pásma, vďaka čomu je kľúčovým prvkom pre vysokovýkonné výpočty a pamäť s vysokou šírkou pásma.
TSV má však aj svoje obmedzenia:
Problémy s tepelným namáhaním: Veľký nesúlad v CTE medzi kremíkom a meďou môže znížiť spoľahlivosť.
Vysoké náklady na proces: Hlboké leptanie, galvanické pokovovanie a CMP sú zložité a závislé od výťažnosti.
Problémy s elektrickou izoláciou: Hrúbka a rovnomernosť izolačnej vrstvy priamo ovplyvňujú dielektrickú pevnosť.
S rastúcou hustotou integrácie čipov viedli konflikty medzi výťažnosťou a nákladmi k skúmaniu alternatívnych materiálov, čo vytvára príležitosť pre TGV.
II. TGV: Inovácie v oblasti prepojení na báze skla
1. Technický princíp
TGV používa sklenené substráty namiesto kremíka. Vysoko presné prechodové otvory sa vytvárajú laserovým vŕtaním alebo mokrým leptaním, po ktorom nasleduje nanesenie kovovej vrstvy a galvanické pokovovanie, čím sa dosahujú vertikálne prepojenia podobné ako pri TSV.
Sklo ponúka vynikajúcu elektrickú izoláciu, nízku dielektrickú konštantu (Dk), nízke dielektrické straty (Df) a vynikajúcu rozmerovú stabilitu, vďaka čomu je TGV veľmi atraktívne pre vysokorýchlostný prenos signálu a optoelektronické puzdrá.
2. Priebeh procesu
Medzi kľúčové kroky pri výrobe TGV patria:
Laserové vŕtanie: Ultrarýchle lasery vytvárajú v skle mikrootvory s priemerom typicky v rozmedzí 20 – 150 μm.
Nanášanie vrstvy semien: PVD, ako napríklad magnetrónové naprašovanie, nanáša rovnomernú vodivú vrstvu na steny prechodového otvoru.
Galvanické pokovovanie kovov: Meď alebo zliatina niklu a medi vypĺňa priechodky a vytvára elektrické pripojenia cez sklo.
Planarizácia a vzorovanie: Umožňuje viacvrstvové prepojenia alebo spájanie s integrovanými obvodmi.
3. Výhody
V porovnaní s TSV má TGV niekoľko výhod:
Nízke dielektrické straty: Sklo Dk tvorí približne 1/3 kremíka, čo znižuje presluchy signálu a vložené straty.
Vynikajúca tepelná stabilita: koeficient tepelnej rozťažnosti blízky kovom, minimalizuje tepelné namáhanie.
Optická priehľadnosť: Podporuje optoelektronickú integráciu vo fotonike a senzoroch.
Kontrolovateľné náklady: Vŕtanie laserom a spracovanie skla sú v štádiu vývoja a sú vhodné na výrobu veľkoplošných panelov.
III. TSV vs. TGV: Porovnanie a oblasti použitia
| Položka | TSV (cez kremíkovú priechodku) | TGV (Cez sklo) |
| Substrát | Monokryštalický kremík | Špeciálne sklo (Borofloat, Corning, Schott atď.) |
| Priemer otvoru | 5 – 50 μm | 20 – 150 μm |
| Hĺbka otvoru | 30 – 100 μm | 100 – 400 μm |
| Izolácia | Vyžaduje sa dodatočná izolačná vrstva | Sklo s vlastnou izoláciou |
| Zhoda koeficientu tepelnej rozťažnosti | Významné rozdiely v porovnaní s Cu | Podobné ako Cu, nízke tepelné namáhanie |
| Náklady na proces | Vysoká | Relatívne nižšie |
| Aplikácie | 3D stohovanie logiky/pamäte | SiP, senzory, optoelektronické puzdrá, antény, MEMS |
TSV zostáva hlavnou voľbou pre vysokovýkonnú logiku a 3D stohovanie pamäte, zatiaľ čo TGV sa rýchlo rozširuje v oblasti SiP, optoelektronickej integrácie, senzorov a RF zariadení.
Keďže veľkosti sklenených substrátov dosahujú úroveň balenia na úrovni panelov (PLP), TGV sa stáva ideálnou prepojovacou platformou pre 5G komunikáciu, automobilové radary, AR optiku a balenie Mini/Micro LED diód.
IV. Od kremíka ku sklu: Výhody na úrovni systému
Zavedenie skla nie je len náhradou materiálu; predstavuje posun vo filozofii dizajnu na systémovej úrovni.
Elektrický výkon: Sklo s nízkym koeficientom Dk výrazne znižuje oneskorenie signálu a spotrebu energie.
Štrukturálna integrita: TGV ponúka vyššiu rovinnosť a nižšiu deformáciu pri veľkoplošnom balení.
Flexibilita výroby: Laserové spracovanie v kombinácii s vákuovým PVD umožňuje vysokú kompatibilitu procesov a škálovateľnosť.
Najmä pri optoelektronickej integrácii umožňuje optická priehľadnosť skla návrhy obalov, kde substrát podporuje nielen elektrické prepojenia, ale aj vlnovody, šošovky a senzorové okná, čo je pri TSV ťažké dosiahnuť.
V. ZhenHua vákuový roztok na poťahovanie semien TGV
Výhody zariadenia:
Optimalizácia hlbokého povlakovania prechodových otvorov: Patentovaná technológia hlbokého povlakovania prechodových otvorov schopná spracovať prechodové otvory s veľkosťou už od 30 μm s pomerom strán > 10:1, čím rieši zložité výzvy spojené s hlbokými prechodovými otvormi.
Prispôsobiteľné pre rôzne veľkosti: Podporuje sklenené substráty vrátane 600 × 600 mm, 510 × 515 mm alebo väčších.
Flexibilita procesu: Kompatibilné s Cu, Ti, Ni, Pt a inými vodivými alebo funkčnými tenkými filmami na splnenie rôznych požiadaviek na elektrickú odolnosť a odolnosť proti korózii.
Stabilný výkon a jednoduchá údržba: Vybavený inteligentným ovládaním pre automatické nastavenie parametrov a monitorovanie rovnomernosti hrúbky v reálnom čase; modulárny dizajn uľahčuje údržbu a skracuje prestoje.
Rozsah použitia: Vhodné pre pokročilé balenie TGV/TSV/TMV, dosahujúce hlboký povlak cez vrstvu semien s pomerom strán 10:1.
—Tento článok bol publikovaný spoločnosťouzariadenie na vákuové nanášanie výrobca Zhenhua Vacuum
Čas uverejnenia: 16. októbra 2025