V razvoju tehnologije pakiranja polprevodnikov so bile vertikalne medsebojne povezave vedno ključni dejavnik, ki je določal zmogljivost sistema, odtis in porabo energije. Od zgodnjih tehnik žičnih povezav in flip-chip tehnik do pojava 3D zloženih integriranih vezij je industrija iskala rešitve za medsebojne povezave z večjo gostoto in krajšimi povezavami.
V tem kontekstu sta se TSV (Through Silicon Via) in TGV (Through Glass Via) pojavili kot dve glavni tehnologiji vertikalnega medsebojnega povezovanja. Razlikujeta se po materialnih sistemih, proizvodnih procesih, značilnostih delovanja in področjih uporabe, kar predstavlja ključno točko v razvoju embalaže naslednje generacije.
I. TSV: Pionir 3D-embalaža
1. Tehnično načelo
TSV se nanaša na odprtine z visokim razmerjem stranic, vgravirane skozi silicijev substrat (običajno globoke od deset do sto mikronov), čemur sledi tvorba izolacijske plasti, plasti kovinskega semena in kovinskega polnila (običajno bakra) na stenah odprtin. Te navpične odprtine omogočajo visokohitrostne električne povezave med zloženimi plastmi čipov.
2. Potek procesa
Tipičen postopek izdelave TSV vključuje:
Globoko jedkanje silicija (DRIE): Ustvarite prehode z visokim razmerjem stranic v silicijevem rezincu.
Nanašanje izolacijske plasti: Običajno s PECVD nanesen SiO₂ za električno izolacijo kovinskega polnila od silicijeve podlage.
Nanašanje in galvanizacija plasti semen: PVD nanašanje kovinske plasti semen, ki mu sledi galvanizacija bakra.
Kemično mehansko poliranje (CMP): Odstranite odvečno kovino, da dosežete ravno površino.
3. Prednosti in omejitve
TSV ponuja izjemno kratke medsebojne poti, nizko zakasnitev signala, nizko porabo energije in visoko pasovno širino, zaradi česar je ključnega pomena za visokozmogljivo računalništvo in visokopasovni pomnilnik.
Vendar ima TSV tudi omejitve:
Težave s toplotnimi obremenitvami: Velika neskladnost v CTE med silicijem in bakrom lahko zmanjša zanesljivost.
Visoki stroški postopka: Globoko jedkanje, galvanizacija in CMP so kompleksni in od njih je odvisno, koliko izkoristka je.
Izzivi električne izolacije: Debelina in enakomernost izolacijske plasti neposredno vplivata na dielektrično trdnost.
Z naraščanjem gostote integracije čipov so konflikti med izkoristkom in stroški spodbudili raziskovanje alternativnih materialov, kar je ustvarilo priložnost za TGV.
II. TGV: Inovacije na področju medsebojnih povezav na osnovi stekla
1. Tehnično načelo
TGV uporablja steklene podlage namesto silicija. Visoko natančne odprtine se oblikujejo z laserskim vrtanjem ali mokrim jedkanjem, čemur sledi nanašanje kovinske plasti in galvanizacija, s čimer se dosežejo navpične medsebojne povezave, podobne tistim pri TSV.
Steklo ponuja odlično električno izolacijo, nizko dielektrično konstanto (Dk), nizke dielektrične izgube (Df) in izjemno dimenzijsko stabilnost, zaradi česar je TGV zelo privlačen za visokohitrostni prenos signalov in optoelektronsko pakiranje.
2. Potek procesa
Ključni koraki pri izdelavi TGV vključujejo:
Lasersko vrtanje: Ultrahitri laserji tvorijo mikro odprtine v steklu s premerom, ki se običajno giblje od 20 do 150 μm.
Nanašanje plasti semen: PVD, kot je magnetronsko naprševanje, nanese enakomerno prevodno plast na stene prehoda.
Galvanizacija kovin: Baker ali nikelj-bakrena zlitina zapolni prehodne odprtine in tvori električne povezave skozi steklo.
Planarizacija in vzorčenje: Omogoča večplastne medsebojne povezave ali vezavo na integrirana vezja.
3. Prednosti
V primerjavi s TSV ima TGV več prednosti:
Nizka dielektrična izguba: Steklo Dk je približno 1/3 silicija, kar zmanjšuje presluh signala in vstavljene izgube.
Odlična toplotna stabilnost: CTE blizu kovin, kar zmanjšuje toplotne obremenitve.
Optična prosojnost: Podpira optoelektronsko integracijo v fotoniki in senzorjih.
Nadzorovani stroški: Lasersko vrtanje in obdelava stekla sta v fazi razvoja, primerna za proizvodnjo plošč na velikih površinah.
III. TSV proti TGV: Primerjava in področja uporabe
| Predmet | TSV (skozi silicijev prehod) | TGV (Skozi steklo) |
| Podlaga | Monokristalni silicij | Specialno steklo (Borofloat, Corning, Schott itd.) |
| Premer luknje | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Globina luknje | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Izolacija | Potrebna je dodatna izolacijska plast | Steklo, ki je intrinzično izolativno |
| Ujemanje koeficienta toplotnega raztezanja | Pomembne razlike v primerjavi s Cu | Podobno kot Cu, nizka toplotna napetost |
| Stroški postopka | Visoka | Relativno nižje |
| Aplikacije | Logično/pomnilniško 3D zlaganje | SiP, senzorji, optoelektronsko ohišje, antene, MEMS |
TSV ostaja glavna izbira za visokozmogljivo logiko in 3D zlaganje pomnilnika, medtem ko se TGV hitro širi na področju SiP, optoelektronske integracije, senzorjev in RF naprav.
Ker velikosti steklenih substratov dosegajo velikost ohišja na ravni plošč (PLP), postaja TGV idealna medsebojna povezovalna platforma za 5G komunikacijo, avtomobilski radar, AR optiko in ohišje Mini/Micro LED.
IV. Od silicija do stekla: Prednosti na ravni sistema
Uvedba stekla ni zgolj zamenjava materiala; predstavlja premik v filozofiji oblikovanja na sistemski ravni.
Električna zmogljivost: Steklo z nizkim Dk znatno zmanjša zakasnitev signala in porabo energije.
Strukturna celovitost: TGV ponuja večjo ravninskost in manjše upogibanje za embalažo velikih površin.
Prilagodljivost proizvodnje: Laserska obdelava v kombinaciji z vakuumskim PVD omogoča visoko združljivost procesov in skalabilnost.
Predvsem pri optoelektronski integraciji optična prosojnost stekla omogoča zasnove embalaže, kjer substrat podpira ne le električne povezave, temveč tudi valovode, leče in senzorska okna, kar je s TSV težko doseči.
V. ZhenHua vakuumska rešitev za premazovanje semen TGV
Prednosti opreme:
Optimizacija globokega premaza prehodnih odprtin: Lastniška tehnologija globokega premaza prehodnih odprtin, ki omogoča obdelavo prehodnih odprtin velikosti do 30 μm z razmerjem stranic > 10:1 in rešuje kompleksne izzive globokih prehodnih odprtin.
Prilagodljivo za različne velikosti: Podpira steklene podlage, vključno z velikostmi 600 × 600 mm, 510 × 515 mm ali večjimi.
Prilagodljivost procesa: Združljiv s Cu, Ti, Ni, Pt in drugimi prevodnimi ali funkcionalnimi tankimi filmi za izpolnjevanje različnih zahtev glede električne odpornosti in odpornosti proti koroziji.
Stabilna zmogljivost in enostavno vzdrževanje: Opremljen s pametnim krmiljenjem za samodejno prilagajanje parametrov in spremljanje enakomernosti debeline v realnem času; modularna zasnova olajša vzdrževanje in skrajša čas izpada.
Področje uporabe: Primerno za napredno pakiranje TGV/TSV/TMV, ki doseže globoko prevleko s plastjo semen z razmerjem stranic 10:1.
—Ta članek je objaviloprema za vakuumsko premazovanje proizvajalec Zhenhua Vacuum
Čas objave: 16. oktober 2025