У еволуцији технологије паковања полупроводника, вертикалне међусобне везе су увек биле кључни фактор који је одређивао перформансе система, заузимање простора и потрошњу енергије. Од раних техника повезивања жица и флип-чипа до појаве 3Д наслаганих интегрисаних кола, индустрија је тражила решења за међусобне везе веће густине и краће конекције.
У овом контексту, TSV (Through Silicon Via - кроз силицијумски кабл) и TGV (Through Glass Via - кроз стаклени кабл) су се појавиле као две главне технологије вертикалног међусобног повезивања. Оне се разликују по системима материјала, производним процесима, карактеристикама перформанси и доменима примене, што представља кључну тачку у развоју амбалаже следеће генерације.
I. TSV: Пионир 3D паковања
1. Технички принцип
TSV се односи на пролазе високог односа ширине и висине урезане кроз силицијумску подлогу (обично дубине од десетина до стотина микрона), након чега следи формирање изолационог слоја, слоја металног семена и металне испуне (обично бакра) на зидовима пролаза. Ови вертикални пролази омогућавају брзе електричне међусобне везе између наслаганих слојева чипа.
2. Ток процеса
Типичан процес израде TSV-а укључује:
Дубоко силицијумско нагризање (DRIE): Направите отворе високог односа ширине и висине у силицијумској плочици.
Наношење изолационог слоја: Обично се користи SiO₂ наношен PECVD методом ради електричне изолације металног испуњења од силицијумске подлоге.
Наношење слоја семена и галванизација: PVD наношење металног слоја семена праћено галванизацијом бакра.
Хемијско-механичко полирање (CMP): Уклоните вишак метала да бисте постигли равну површину.
3. Предности и ограничења
TSV нуди изузетно кратке међусобне везе, ниску латенцију сигнала, ниску потрошњу енергије и велики пропусни опсег, што га чини кључним фактором за високоперформансно рачунарство и меморију великог пропусног опсега.
Међутим, TSV такође има ограничења:
Проблеми са термичким напрезањем: Велика неусклађеност у CTE између силицијума и бакра може смањити поузданост.
Високи трошкови процеса: Дубоко нагризање, галванизација и CMP су сложени и осетљиви на принос.
Изазови електричне изолације: Дебљина и једноликост изолационог слоја директно утичу на диелектричну чврстоћу.
Како се густина интеграције чипова повећава, сукоби између приноса и трошкова подстакли су истраживање алтернативних материјала - стварајући прилику за TGV.
II. TGV: Иновације међусобног повезивања на бази стакла
1. Технички принцип
TGV користи стаклене подлоге уместо силицијума. Високопрецизни отвори се формирају ласерским бушењем или мокрим нагризањем, након чега следи наношење металног слоја и галванизација, постижући вертикалне међусобне везе сличне TSV-у.
Стакло нуди одличну електричну изолацију, ниску диелектричну константу (Dk), ниске диелектричне губитке (Df) и изванредну димензионалну стабилност, што чини TGV веома атрактивним за брзи пренос сигнала и оптоелектронско паковање.
2. Ток процеса
Кључни кораци у производњи ТГВ-а укључују:
Ласерско бушење: Ултрабрзи ласери формирају микроотворе у стаклу пречника који се обично крећу од 20 до 150 μм.
Таложење слоја семена: PVD, као што је магнетронско распршивање, таложи једноличан проводљиви слој на зидовима прелаза.
Галванизација метала: Бакар или легура никла и бакра испуњава отворе да би се формирале електричне везе кроз стакло.
Планаризација и обликовање: Омогућава вишеслојне међусобне везе или повезивање са ИЦ чиповима.
3. Предности
У поређењу са TSV-ом, TGV показује неколико предности:
Ниски диелектрични губици: Dk стакла је око 1/3 силицијума, што смањује преслушкивање сигнала и губитке уметања.
Одлична термичка стабилност: CTE близу метала, минимизирајући термичко напрезање.
Оптичка транспарентност: Подржава оптоелектронску интеграцију у фотоници и сензорима.
Контролисани трошкови: Ласерско бушење и обрада стакла сазревају, погодни за производњу панела великих површина.
III. TSV vs TGV: Поређење и области примене
| Ставка | TSV (Кроз силицијумски пролаз) | TGV (Воз кроз стакло) |
| Подлога | Монокристални силицијум | Специјално стакло (Borofloat, Corning, Schott, итд.) |
| Пречник отвора | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Дубина рупе | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Изолација | Потребан је додатни слој изолације | Стакло са интринзичном изолацијом |
| Усклађивање коефицијента термичког ширења | Значајне разлике у поређењу са Cu | Слично као Cu, ниско термичко напрезање |
| Трошкови процеса | Високо | Релативно ниже |
| Апликације | Логика/меморија 3Д слагање | SiP, сензори, оптоелектронско паковање, антене, MEMS |
TSV остаје главни избор за високо-перформансно логичко и меморијско 3D слагање, док се TGV брзо шири у SiP, оптоелектронској интеграцији, сензорима и РФ уређајима.
Са величинама стаклених подлога које достижу ниво паковања на нивоу панела (PLP), TGV постаје идеална платформа за међусобно повезивање за 5G комуникацију, аутомобилски радар, AR оптику и Mini/Micro LED паковање.
IV. Од силицијума до стакла: Предности на нивоу система
Увођење стакла није само замена материјала; оно представља промену у филозофији дизајна на нивоу система.
Електричне перформансе: Стакло са ниским Dk значајно смањује кашњење сигнала и потрошњу енергије.
Структурни интегритет: ТГВ нуди већу равност и мање савијања за паковање великих површина.
Флексибилност производње: Ласерска обрада у комбинацији са вакуумским PVD-ом омогућава високу компатибилност процеса и скалабилност.
Посебно, за оптоелектронску интеграцију, оптичка транспарентност стакла омогућава дизајн амбалаже где подлога подржава не само електричне међусобне везе већ и таласоводе, сочива и сензорске прозоре, што је тешко постићи са TSV-ом.
В. ЖенХуа вакуумско решење за премазивање слоја семена ТГВ возила
Предности опреме:
Оптимизација дубоког премазивања отвора: Патентирана технологија дубоког премазивања отвора способна за руковање отворима величине и до 30 μм са односом ширине и висине >10:1, решавајући сложене изазове дубоких отвора.
Прилагодљиво за различите величине: Подржава стаклене подлоге, укључујући 600×600 мм, 510×515 мм или веће.
Флексибилност процеса: Компатибилно са Cu, Ti, Ni, Pt и другим проводљивим или функционалним танким филмовима како би се задовољили различити захтеви за електричну отпорност и отпорност на корозију.
Стабилне перформансе и једноставно одржавање: Опремљен паметном контролом за аутоматско подешавање параметара и праћење уједначености дебљине у реалном времену; модуларни дизајн олакшава одржавање и смањује време застоја.
Обим примене: Погодно за напредно паковање TGV/TSV/TMV, постижући дубоко премазивање слојем семена са односом ширине и висине 10:1.
—Овај чланак је објављен од странеопрема за вакуумско премазивање произвођач Zhenhua Vacuum
Време објаве: 16. октобар 2025.