Yarı iletken paketleme teknolojisinin evriminde, dikey ara bağlantılar her zaman sistem performansı, kapladığı alan ve güç tüketimini belirleyen önemli bir faktör olmuştur. İlk tel bağlama ve flip-chip tekniklerinden 3 boyutlu istiflenmiş entegre devrelerin ortaya çıkışına kadar, sektör daha yüksek yoğunluklu ve daha kısa ara bağlantı çözümleri arayışında olmuştur.
Bu bağlamda, TSV (Silikon Üzerinden Geçiş Yolu) ve TGV (Cam Üzerinden Geçiş Yolu) iki ana akım dikey ara bağlantı teknolojisi olarak ortaya çıkmıştır. Malzeme sistemleri, üretim süreçleri, performans özellikleri ve uygulama alanları bakımından farklılık gösteren bu teknolojiler, yeni nesil paketleme geliştirme alanında önemli bir dönüm noktasını temsil etmektedir.
I. TSV: 3D Ambalajın Öncüsü
1. Teknik Prensip
TSV, silikon bir alt tabaka üzerinden (tipik olarak onlarca ila yüzlerce mikron derinliğinde) oyulmuş yüksek en-boy oranlı geçiş yollarını ifade eder; bunu takiben geçiş yolu duvarlarında yalıtım katmanı, metal tohum katmanı ve metal dolgu (genellikle bakır) oluşturulur. Bu dikey geçiş yolları, üst üste yığılmış çip katmanları arasında yüksek hızlı elektriksel bağlantılar sağlar.
2. Proses Akışı
Tipik TSV üretim süreci şunları içerir:
Derin Silikon Aşındırma (DRIE): Silikon levhada yüksek en-boy oranlı geçiş yolları oluşturma.
Yalıtım Katmanı Kaplama: Genellikle PECVD yöntemiyle kaplanan SiO₂, metal dolguyu silikon alt tabakadan elektriksel olarak yalıtır.
Tohum Tabakası Biriktirme ve Elektrokaplama: Metal tohum tabakasının PVD yöntemiyle biriktirilmesi ve ardından bakır elektrokaplama işlemi.
Kimyasal Mekanik Parlatma (CMP): Düzleştirilmiş bir yüzey elde etmek için fazla metali uzaklaştırma.
3. Avantajlar ve Sınırlamalar
TSV, son derece kısa ara bağlantı yolları, düşük sinyal gecikmesi, düşük güç tüketimi ve yüksek bant genişliği sunarak yüksek performanslı bilgi işlem ve yüksek bant genişliğine sahip bellek için kritik bir unsur haline gelmektedir.
Ancak TSV'nin de sınırlamaları vardır:
Termal gerilim sorunları: Silikon ve bakır arasındaki CTE'deki büyük uyumsuzluk güvenilirliği azaltabilir.
Yüksek işlem maliyeti: Derin aşındırma, elektrokaplama ve CMP karmaşık ve verime duyarlı işlemlerdir.
Elektrik yalıtımı zorlukları: Yalıtım katmanının kalınlığı ve homojenliği, dielektrik dayanımını doğrudan etkiler.
Çip entegrasyon yoğunluğunun artmasıyla birlikte, verimlilik ve maliyet arasındaki çatışmalar alternatif malzemelerin araştırılmasına yol açmış ve TGV için fırsat yaratmıştır.
II. TGV: Cam Tabanlı Ara Bağlantı İnovasyonu
1. Teknik Prensip
TGV, silikon yerine cam alt tabakalar kullanır. Yüksek hassasiyetli geçiş yolları, lazer delme veya ıslak aşındırma ile oluşturulur, ardından metal bir tohum tabakası biriktirilir ve elektrokaplama yapılır; bu sayede TSV'ye benzer dikey ara bağlantılar elde edilir.
Cam, mükemmel elektriksel yalıtım, düşük dielektrik sabiti (Dk), düşük dielektrik kaybı (Df) ve olağanüstü boyutsal kararlılık sunarak TGV'yi yüksek hızlı sinyal iletimi ve optoelektronik paketleme için son derece cazip hale getirmektedir.
2. Proses Akışı
TGV üretimindeki temel adımlar şunlardır:
Lazerle Delme: Ultra hızlı lazerler, camda tipik olarak 20-150 μm çap aralığında mikro delikler oluşturur.
Tohum Katmanı Biriktirme: PVD, örneğin manyetik püskürtme, geçiş yolu duvarlarına düzgün bir iletken katman biriktirir.
Metal Elektrokaplama: Bakır veya nikel-bakır alaşımı, cam üzerinden elektrik bağlantıları oluşturmak için geçiş yollarını doldurur.
Düzleştirme ve Desenleme: Çok katmanlı ara bağlantılar veya IC çiplerine yapıştırma imkanı sağlar.
3. Avantajlar
TSV ile karşılaştırıldığında, TGV çeşitli avantajlar sunmaktadır:
Düşük dielektrik kaybı: Camın Dk değeri silikonun yaklaşık 1/3'ü kadardır, bu da sinyal karışmasını ve ekleme kaybını azaltır.
Mükemmel termal kararlılık: Metallere yakın CTE değeri sayesinde termal stresi en aza indirir.
Optik şeffaflık: Fotonik ve sensörlerde optoelektronik entegrasyonu destekler.
Maliyet kontrolü: Lazerle delme ve cam işleme teknolojileri olgunlaşmış olup, geniş alanlı panel düzeyinde üretim için uygundur.
III. TSV ve TGV: Karşılaştırma ve Uygulama Alanları
| Öğe | TSV (Silikon Üzerinden Geçiş Yolu) | TGV (Through Glass Via) |
| Alt tabaka | Tek kristalli silikon | Özel cam (Borofloat, Corning, Schott, vb.) |
| Deliğin çapı | 5–50 μm | 20–150 μm |
| Delik Derinliği | 30–100 μm | 100–400 μm |
| Yalıtım | Ek yalıtım katmanı gereklidir | Cam, doğal olarak yalıtkan bir malzemedir. |
| Termal Genleşme Katsayısı Eşleştirme | Bakır ile karşılaştırıldığında önemli farklılıklar | Bakıra benzer şekilde, düşük termal gerilim |
| Süreç Maliyeti | Yüksek | Nispeten daha düşük |
| Uygulamalar | Mantık/Bellek 3B İstifleme | SiP, sensörler, optoelektronik paketleme, antenler, MEMS |
TSV, yüksek performanslı mantık ve bellek 3D istifleme için ana akım tercih olmaya devam ederken, TGV ise SiP, optoelektronik entegrasyon, sensörler ve RF cihazlarında hızla yaygınlaşıyor.
Cam alt tabaka boyutlarının panel seviyesi paketlemeye (PLP) ulaşmasıyla birlikte, TGV, 5G iletişimi, otomotiv radarı, artırılmış gerçeklik optiği ve Mini/Mikro LED paketleme için ideal bir ara bağlantı platformu haline geliyor.
IV. Silikondan Cama: Sistem Düzeyinde Faydalar
Camın kullanımı sadece bir malzeme değişimi değil; sistem düzeyinde tasarım felsefesinde bir dönüşümü temsil ediyor.
Elektriksel performans: Düşük Dk cam, sinyal gecikmesini ve güç tüketimini önemli ölçüde azaltır.
Yapısal bütünlük: TGV, geniş alanlı ambalajlama için daha yüksek düzlemsellik ve daha düşük deformasyon sunar.
Üretim esnekliği: Lazer işleme ve vakumlu PVD'nin birleşimi, yüksek işlem uyumluluğu ve ölçeklenebilirlik sağlar.
Özellikle optoelektronik entegrasyon için, camın optik saydamlığı, alt tabakanın yalnızca elektriksel ara bağlantıları değil, aynı zamanda dalga kılavuzlarını, lensleri ve sensör pencerelerini de desteklediği paketleme tasarımlarına olanak tanır; bu da TSV ile elde edilmesi zordur.
V. ZhenHua Vakum TGV Tohum Katmanı Kaplama Çözümü
Ekipmanın Avantajları:
Derin Via Kaplama Optimizasyonu: 10:1'den büyük en boy oranına sahip 30 μm kadar küçük via'ları işleyebilen, karmaşık derin via sorunlarını çözen tescilli derin via kaplama teknolojisi.
Çeşitli Boyutlara Uyarlanabilir: 600×600 mm, 510×515 mm veya daha büyük cam alt tabakaları destekler.
İşlem Esnekliği: Çeşitli elektriksel ve korozyon direnci gereksinimlerini karşılamak için Cu, Ti, Ni, Pt ve diğer iletken veya fonksiyonel ince filmlerle uyumludur.
İstikrarlı Performans ve Kolay Bakım: Otomatik parametre ayarlaması ve kalınlık homojenliğinin gerçek zamanlı izlenmesi için akıllı kontrol sistemi ile donatılmıştır; modüler tasarım, bakımı kolaylaştırır ve arıza süresini azaltır.
Uygulama Alanı: TGV/TSV/TMV gelişmiş paketleme için uygundur ve 10:1 en boy oranına sahip derin geçişli tohum tabakası kaplaması sağlar.
—Bu makale şu yayın tarafından yayımlandı:vakum kaplama ekipmanı Üretici: Zhenhua Vakum
Yayın tarihi: 16 Ekim 2025