У сучасній цифровій революції вибухове зростання передачі даних зумовлене високочастотною взаємодією у смартфонах, захопливим досвідом доповненої/віртуальної реальності та величезними обчислювальними навантаженнями у високопродуктивних обчисленнях. Традиційна 2D-інфраструктура — з довгими шляхами з'єднання та високими втратами при передачі — більше не може подолати вузькі місця в продуктивності.
В результаті, укладання мікросхем та 3D-упаковка стали стратегічним напрямком галузі. Щоб забезпечити справді ефективні 3D-з'єднання, технологія Through Glass Via (TGV) виділила свої унікальні переваги, перейшовши з резервів досліджень і розробок у промислове застосування. TGV зараз стає ключовим фактором, що сприяє створенню електронних пристроїв наступного покоління.
1. Технологія TGV: «Міст» тривимірного взаємозв'язку
1.1 Основна концепція: Що таке TGV?
Суть TGV полягає у створенні вертикальних мікровідкриттів через скляну підкладку. Ці відкриття діють як електричні містки, безпосередньо з'єднуючи складені мікросхеми або компоненти, забезпечуючи передачу як сигналу, так і живлення. Порівняно з традиційною «планарною проводкою», вертикальне з'єднання значно скорочує шляхи передачі та сприяє мініатюризації пристроїв та високому рівню інтеграції.
1.2 Чому скляні основи є природним носієм для TGV
TGV перевершує TSV (Through Silicon Via) завдяки трьом ключовим матеріальним перевагам скла:
Низька діелектрична проникність – захист високочастотних сигналів: скло за своєю суттю має низьку діелектричну проникність, що мінімізує діелектричні втрати під час передачі та зберігає цілісність сигналу у високочастотних застосуваннях, таких як 5G та HPC.
Сумісність кремнію з точки зору теплового розширення – підвищення надійності: скло має коефіцієнт теплового розширення, що точно відповідає коефіцієнту теплового розширення кремнію, зменшуючи термомеханічні напруження та поломки під час термоциклування, тим самим подовжуючи термін служби пристрою.
Висока оптична прозорість – що забезпечує оптоелектронну інтеграцію: на відміну від непрозорого кремнію, прозорість скла підтримує електрооптичні гібридні застосування. Наприклад, у кремнієвих фотонних модулях скло забезпечує як електричні з'єднання, так і передачу оптичного сигналу; у мікродисплеях AR/VR прозорість мінімізує оптичне блокування та покращує яскравість і чіткість.
1.3 Від TSV до TGV: природна еволюція
До появи TGV, TSV була домінуючою технологією 3D-взаємоз’єднання. Однак, TSV стикається зі зростаючими проблемами зі зростанням щільності інтеграції:
Висока вартість: складні технологічні процеси — травлення, ізоляція, металізація — роблять TSV менш придатним для великомасштабного виробництва.
Проблеми з надійністю: невідповідність теплового розширення між кремнієм та іншими матеріалами часто призводить до розтріскування або руйнування паяного з'єднання.
Обмежена сфера застосування: непрозорість кремнію виключає використання TSV в оптоелектронних застосуваннях, що вимагають прозорості.
TGV ефективно вирішує ці проблемні питання, що робить його кращим рішенням для інтерконекторів наступного покоління.
2. Покриття Via: основний фактор, що робить TGV функціональним
2.1 Ключовий висновок: без покриття TGV — це просто «порожня труба»
Скляні перехідні отвори за своєю суттю є ізоляторами та не можуть проводити електрику. Для забезпечення взаємоз'єднання вздовж бічних стінок перехідних отворів необхідно нанести конформний провідний шар (зазвичай металеву плівку). Цей шар функціонує як сигнальна магістраль, визначаючи швидкість, втрати та стабільність. Неоднорідні або дефектні покриття спричиняють підвищений опір, затухання сигналу або навіть розриви ланцюгів, що робить металізацію перехідних отворів рятівним колом технології TGV.
2.2 Виклики: дві критичні больові точки
Покриття з високим співвідношенням сторін
Діаметри TGV зараз знаходяться в мікрометровому діапазоні (до ~30 мкм), а глибина перевищує співвідношення сторін 10:1. Традиційні методи нанесення наносячого шару мають труднощі з досягненням покриття дна та рівномірних плівок бічних стінок, часто залишаючи непокриті «мертві зони», що погіршує продуктивність з’єднань.
Контроль дефектів – прихований вбивця
Кути та шорсткі бокові стінки переходів схильні до утворення пустот або бульбашок. Ці дефекти спричиняють локалізовані піки опору або розриви ланцюгів, безпосередньо порушуючи з'єднання між мікросхемами та пристроями. Таким чином, придушення дефектів є центральним завданням покриття TGV.
3. Чотири способи нанесення покриття: сильні та обмежені сторони
Фізичне осадження з парової фази (PVD): Зрілий, але обмежений
Такі процеси, як випаровування та розпилення, забезпечують отримання високочистих, міцно адгезійних плівк. Однак, через свою «пряму видимість», PVD має труднощі з перехідними отворами з високим співвідношенням сторін і найкраще підходить для перехідних отворів зі співвідношенням сторін нижче ~5:1.
Хімічне осадження з парової фази (CVD): високий коефіцієнт аспектності можливий, але дорогий
CVD використовує газоподібні прекурсори, які дифундують вздовж бічних стінок, забезпечуючи рівномірні покриття навіть у структурах з високим співвідношенням сторін. Однак, високі температури та тиск можуть призвести до пошкодження скляних підкладок, а вартість обладнання висока, що робить його придатним переважно для високоякісних застосувань.
Електрохімічне осадження (ECD): економічно ефективне масове виробництво
ECD наноситься на провідні плівки шляхом зменшення кількості іонів металів на бічних стінках перехідних отворів. Це забезпечує низьку вартість та високу пропускну здатність, що ідеально підходить для масового виробництва. Однак, жорсткий контроль концентрації електроліту та щільності струму є важливим — відхилення призводять до утворення пористих плівок або забруднення. Зазвичай це застосовується до перехідних отворів діаметром 5–50 мкм.
Атомно-шарове осадження (ALD): точне рішення
ALD досягає контролю товщини на атомарному рівні та чудової конформності, що робить його ідеальним для переходних отворів з дуже високим співвідношенням сторін. Він вирішує проблему покриття, але страждає від надзвичайно низької швидкості нанесення наночастинок та високої вартості. Таким чином, ALD в основному використовується для аерокосмічної промисловості та високонадійних датчиків.
4. Цінність покриття TGV: підвищення продуктивності 3D-з'єднання
Прорив швидкості – високошвидкісні прямі з’єднання
У 2D-корпусі сигнали повинні передаватись на великі відстані, що збільшує втрати. Завдяки металізації TGV, з'єднання між кристалом та платою, а також між кристалом та системою стають короткими, вертикальними та з низькими втратами. У високопродуктивних серверах перехідні отвори з покриттям TGV дозволяють покращити швидкість зв'язку між процесором, пам'яттю та графічним процесором більш ніж на 30%, зменшуючи затримку та підвищуючи ефективність системи.
Енергоефективність – менша затримка та споживання енергії
Коротші шляхи з'єднання зменшують затримку, а покриття з низьким опором мінімізують джоулєве нагрівання. Наприклад, корпусування чіпів смартфонів з підтримкою TGV може зменшити споживання енергії ядром на 15–20%, подовжуючи термін служби батареї та покращуючи взаємодію з користувачем.
5. Zhenhua Vacuum: Передові рішення для покриття TGV
Переваги обладнання
Глибока оптимізація
Запатентована технологія нанесення покриття на глибокі отвори забезпечує рівномірне нанесення шару зародка навіть у отворах розміром до 30 мкм зі співвідношенням сторін понад 10:1, вирішуючи одну з найскладніших проблем галузі.
Налаштовувана обробка основи
Підтримує різноманітні розміри скляних підкладок, включаючи 600 × 600 мм / 510 × 515 мм, з можливістю масштабування до більших форматів.
Гнучкість процесу – сумісність з різними матеріалами
Підтримує провідні та функціональні плівки, такі як Cu, Ti, W, Ni та Pt, що відповідає різноманітним вимогам щодо провідності та корозійної стійкості.
Стабільна продуктивність та просте обслуговування
Оснащений інтелектуальними системами керування процесом для моніторингу однорідності товщини плівки в режимі реального часу, а також модульною конструкцією для легкого обслуговування та скорочення часу простою.
Сфера застосування
Застосовується для вдосконаленої упаковки TGV/TSV/TMV, що дозволяє конформне нанесення зародкового шару в глибокі перехідні отвори зі співвідношенням сторін 10:1.
—Цю статтю опублікував обладнання для вакуумного покриття виробник Zhenhua Vacuum
Час публікації: 27 вересня 2025 р.