В еволюції технології корпусування напівпровідників вертикальні з'єднання завжди були ключовим фактором, що визначав продуктивність системи, її розмір та енергоспоживання. Від ранніх методів з'єднання проводів та перевернутої кристалічної структури до появи тривимірних складених інтегральних схем, галузь шукала рішення для з'єднань з вищою щільністю та коротшими з'єднаннями.
У цьому контексті TSV (Through Silicon Via - через кремнієвий провід) та TGV (Through Glass Via - через скляний провід) стали двома основними технологіями вертикального з'єднання. Вони відрізняються системами матеріалів, виробничими процесами, експлуатаційними характеристиками та сферами застосування, що є ключовим моментом у розробці упаковки наступного покоління.
I. TSV: Піонер 3D-упаковки
1. Технічний принцип
TSV (вертикальні переходні отвори) – це перехідні отвори з високим співвідношенням сторін, протравлені крізь кремнієву підкладку (зазвичай глибиною від десятків до сотень мікрон), після чого на стінках перехідних отворів утворюється ізоляційний шар, шар металевого зародка та металеве заповнення (зазвичай мідь). Ці вертикальні переходні отвори забезпечують високошвидкісні електричні з'єднання між шарами мікросхем, що складаються один з одного.
2. Потік процесу
Типовий процес виготовлення TSV включає:
Глибоке травлення кремнію (DRIE): створення перехідних отворів з високим співвідношенням сторін у кремнієвій пластині.
Осадження ізоляційного шару: зазвичай це SiO₂, осаджений методом PECVD, для електричної ізоляції металевого заповнювача від кремнієвої підкладки.
Осадження шару зародка та гальванічне покриття: PVD-осадження шару металевого зародка з подальшим гальванічним покриттям міддю.
Хіміко-механічне полірування (ХМП): Видалення надлишків металу для досягнення вирівняної поверхні.
3. Переваги та обмеження
TSV пропонує надзвичайно короткі шляхи з'єднання, низьку затримку сигналу, низьке енергоспоживання та високу пропускну здатність, що робить його критично важливим засобом для високопродуктивних обчислень та високошвидкісної пам'яті.
Однак, TSV також має обмеження:
Проблеми з термічним напруженням: велика невідповідність у КТР між кремнієм та міддю може знизити надійність.
Висока вартість процесу: глибоке травлення, гальваніка та CMP є складними процесами та залежними від виходу матеріалу.
Проблеми електроізоляції: товщина та однорідність ізоляційного шару безпосередньо впливають на діелектричну міцність.
Зі збільшенням щільності інтеграції мікросхем, конфлікти між продуктивністю та вартістю спонукали до дослідження альтернативних матеріалів, створюючи можливості для TGV.
II. TGV: Інновації у сфері скляних сполучень
1. Технічний принцип
TGV використовує скляні підкладки замість кремнію. Високоточні перехідні отвори формуються за допомогою лазерного свердління або мокрого травлення, після чого наносять шар металевого зародка та гальванічне покриття, що дозволяє досягти вертикальних з'єднань, подібних до TSV.
Скло пропонує чудову електроізоляцію, низьку діелектричну проникність (Dk), низькі діелектричні втрати (Df) та видатну розмірну стабільність, що робить TGV дуже привабливим для високошвидкісної передачі сигналів та оптоелектронного корпусування.
2. Потік процесу
Ключові етапи виготовлення TGV включають:
Лазерне свердління: надшвидкі лазери формують мікроотвори у склі діаметром, який зазвичай коливається від 20 до 150 мкм.
Осадження шару зерна: PVD, таке як магнетронне розпилення, осаджує рівномірний провідний шар на стінках переходного отвору.
Гальванічне покриття металу: мідь або нікель-мідний сплав заповнюють перехідні отвори для формування електричних з'єднань через скло.
Планаризація та формування структури: дозволяє створювати багатошарові з'єднання або склеювання з мікросхемами.
3. Переваги
Порівняно з TSV, TGV демонструє кілька переваг:
Низькі діелектричні втрати: скло Dk становить приблизно 1/3 від кремнію, що зменшує перехресні перешкоди сигналу та внесені втрати.
Відмінна термічна стабільність: КТР близький до металів, що мінімізує термічне напруження.
Оптична прозорість: підтримує оптоелектронну інтеграцію у фотоніку та сенсори.
Контрольована вартість: Лазерне свердління та обробка скла стають все більш зрілими, що дозволяє використовувати їх для виробництва панелей великої площі.
III. TSV проти TGV: порівняння та області застосування
| Елемент | TSV (через кремнієвий з'єднувач) | TGV (скляний потяг) |
| Субстрат | Монокристалічний кремній | Спеціальне скло (Borofloat, Corning, Schott тощо) |
| Діаметр отвору | 5–50 мкм | 20–150 мкм |
| Глибина отвору | 30–100 мкм | 100–400 мкм |
| Ізоляція | Потрібен додатковий шар ізоляції | Скло з внутрішньою ізоляцією |
| Узгодження коефіцієнта теплового розширення | Значні відмінності порівняно з Cu | Подібно до Cu, низьке термічне напруження |
| Вартість процесу | Високий | Відносно нижчий |
| Застосування | Логіка/Пам'ять 3D-стекування | SiP, сенсори, оптоелектронний корпус, антени, MEMS |
TSV залишається основним вибором для високопродуктивної логіки та 3D-стекування пам'яті, тоді як TGV швидко розширюється в SiP, оптоелектронній інтеграції, сенсорах та радіочастотних пристроях.
Оскільки розміри скляних підкладок досягають рівня корпусів панелей (PLP), TGV стає ідеальною платформою для взаємодії 5G-зв'язку, автомобільних радарів, доповненої оптики та корпусів Mini/Micro LED.
IV. Від кремнію до скла: переваги на системному рівні
Впровадження скла — це не просто заміна матеріалу; це зміна у філософії дизайну на системному рівні.
Електричні характеристики: скло з низьким коефіцієнтом дифракції Dk значно зменшує затримку сигналу та споживання енергії.
Структурна цілісність: TGV пропонує вищу площинність та меншу деформацію для упаковки великої площі.
Гнучкість виробництва: Лазерна обробка в поєднанні з вакуумним PVD забезпечує високу сумісність з процесами та масштабованість.
Зокрема, для оптоелектронної інтеграції оптична прозорість скла дозволяє створювати конструкції корпусів, де підкладка підтримує не лише електричні з'єднання, але й хвилеводи, лінзи та вікна датчиків, чого важко досягти за допомогою TSV.
Розчин для покриття насіння вакуумним шаром V. ZhenHua TGV
Переваги обладнання:
Оптимізація глибокого покриття перехідних отворів: запатентована технологія глибокого покриття перехідних отворів, здатна обробляти перехідні отвори розміром до 30 мкм зі співвідношенням сторін >10:1, вирішуючи складні проблеми з глибокими перехідними отворами.
Налаштування для різних розмірів: Підтримує скляні основи, включаючи 600×600 мм, 510×515 мм або більше.
Гнучкість процесу: Сумісний з Cu, Ti, Ni, Pt та іншими провідними або функціональними тонкими плівками для задоволення різноманітних вимог до електричної та корозійної стійкості.
Стабільна продуктивність та просте обслуговування: оснащений інтелектуальним керуванням для автоматичного налаштування параметрів та моніторингу однорідності товщини в режимі реального часу; модульна конструкція полегшує обслуговування та зменшує час простою.
Сфера застосування: Підходить для вдосконаленого пакування TGV/TSV/TMV, що забезпечує глибоке покриття шаром насіння зі співвідношенням сторін 10:1.
—Цю статтю опублікувавобладнання для вакуумного покриття виробник Zhenhua Vacuum
Час публікації: 16 жовтня 2025 р.