Yarimo'tkazgichli qadoqlash texnologiyasi evolyutsiyasida vertikal o'zaro bog'lanishlar har doim tizimning ishlashini, iz maydonini va quvvat sarfini belgilovchi asosiy omil bo'lib kelgan. Dastlabki simlarni bog'lash va flip-chip texnikalaridan tortib, 3D stacked IClarning paydo bo'lishigacha, sanoat yuqori zichlik va qisqaroq o'zaro bog'lanish yechimlarini qidirmoqda.
Shu nuqtai nazardan, TSV (Through Silicon Via) va TGV (Through Glass Via) ikkita asosiy vertikal o'zaro bog'lanish texnologiyasi sifatida paydo bo'ldi. Ular material tizimlari, ishlab chiqarish jarayonlari, ishlash xususiyatlari va qo'llanilish sohalarida farq qiladi, bu esa keyingi avlod qadoqlash ishlab chiqishda muhim ahamiyatga ega.
I. TSV: 3D qadoqlashning kashshofi
1. Texnik tamoyil
TSV kremniy substrati orqali (odatda o'nlab mikronlardan yuzlab mikrongacha chuqurlikda) o'yib ishlangan yuqori aspektli nisbatli vialarni anglatadi, so'ngra via devorlarida izolyatsiya qatlami, metall urug' qatlami va metall plomba (odatda mis) hosil bo'ladi. Bu vertikal vialar bir-biriga ulangan chip qatlamlari o'rtasida yuqori tezlikdagi elektr ulanishlarini ta'minlaydi.
2. Jarayon oqimi
Odatda TSV ishlab chiqarish jarayoni quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Chuqur kremniy o'ymakorligi (DRIE): Kremniy plastinkasida yuqori aspekt nisbati vialarini yarating.
Izolyatsiya qatlamini yotqizish: Odatda metall plomba moddasini kremniy substratidan elektr bilan ajratish uchun PECVD bilan cho'ktirilgan SiO₂.
Urug' qatlamini yotqizish va elektrokaplama: Metall urug' qatlamini PVD bilan yotqizish, so'ngra mis elektrokaplama.
Kimyoviy mexanik abrazivlash (KMJ): Tekis yuzaga erishish uchun ortiqcha metallni olib tashlang.
3. Afzalliklari va cheklovlari
TSV juda qisqa o'zaro bog'lanish yo'llarini, past signal kechikishini, kam quvvat sarfini va yuqori o'tkazish qobiliyatini taklif etadi, bu esa uni yuqori samarali hisoblash va yuqori o'tkazish qobiliyatiga ega xotira uchun muhim imkoniyat yaratadi.
Biroq, TSV ham cheklovlarga ega:
Termal stress muammolari: Kremniy va mis o'rtasidagi CTEdagi katta nomuvofiqlik ishonchlilikni pasaytirishi mumkin.
Yuqori jarayon narxi: Chuqur o'yib ishlov berish, elektrokaplama va CMP murakkab va hosildorlikka sezgir.
Elektr izolyatsiyasi bilan bog'liq muammolar: Izolyatsiya qatlamining qalinligi va bir xilligi dielektrik mustahkamlikka bevosita ta'sir qiladi.
Chip integratsiyasi zichligi oshgani sayin, hosildorlik va narx o'rtasidagi ziddiyatlar muqobil materiallarni o'rganishga turtki bo'ldi va bu TGV uchun imkoniyat yaratdi.
II. TGV: Shisha asosidagi o'zaro bog'liqlik innovatsiyasi
1. Texnik tamoyil
TGV kremniy o'rniga shisha substratlardan foydalanadi. Yuqori aniqlikdagi vialar lazerli burg'ulash yoki ho'l o'ymakorlik orqali hosil qilinadi, so'ngra metall urug' qatlamini yotqizish va elektrokaplama bilan qoplash amalga oshiriladi, bu esa TSVga o'xshash vertikal o'zaro bog'liqlikka erishadi.
Shisha ajoyib elektr izolyatsiyasi, past dielektrik doimiyligi (Dk), past dielektrik yo'qotish (Df) va ajoyib o'lchovli barqarorlikni ta'minlaydi, bu esa TGV ni yuqori tezlikdagi signal uzatish va optoelektronik qadoqlash uchun juda jozibador qiladi.
2. Jarayon oqimi
TGV ishlab chiqarishning asosiy bosqichlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Lazerli burg'ulash: Ultra tezkor lazerlar odatda 20-150 mkm diametrli shishada mikrovialar hosil qiladi.
Urug' qatlamini yotqizish: Magnetron purkash kabi PVD, o'tuvchi devorlarga bir xil o'tkazuvchan qatlam hosil qiladi.
Metall elektrokaplama: Mis yoki nikel-mis qotishmasi shisha orqali elektr ulanishlarini hosil qilish uchun viaslarni to'ldiradi.
Planarizatsiya va naqshlash: Ko'p qatlamli o'zaro bog'lanishlarni yoki IC chiplariga bog'lanishni ta'minlaydi.
3. Afzalliklari
TSV bilan taqqoslaganda, TGV bir nechta afzalliklarni namoyish etadi:
Kam dielektrik yo'qotish: Shisha Dk kremniyning taxminan 1/3 qismini tashkil qiladi, bu signal o'zaro ta'sirini va qo'shish yo'qotilishini kamaytiradi.
Ajoyib termal barqarorlik: CTE metallarga yaqin, termal stressni minimallashtiradi.
Optik shaffoflik: Fotonika va sensorlarda optoelektronik integratsiyani qo'llab-quvvatlaydi.
Nazorat qilinadigan narx: Lazerli burg'ulash va shisha ishlov berish yetuklik darajasida, katta maydonli panel darajasida ishlab chiqarish uchun mos keladi.
III. TSV va TGV: Taqqoslash va qo'llanilish sohalari
| Mahsulot | TSV (Silicon Via orqali) | TGV (Shisha orqali) |
| Substrat | Monokristalli kremniy | Maxsus shisha (Borofloat, Corning, Schott va boshqalar) |
| Teshik diametri | 5–50 mkm | 20–150 mkm |
| Teshik chuqurligi | 30–100 mkm | 100–400 mkm |
| Izolyatsiya | Qo'shimcha izolyatsiya qatlami talab qilinadi | Shisha ichki izolyatsiyasi |
| Termal kengayish koeffitsientini moslashtirish | Cu bilan solishtirganda sezilarli farqlar | Cu ga o'xshash, past issiqlik stressi |
| Jarayon narxi | Yuqori | Nisbatan pastroq |
| Ilovalar | Mantiq/Xotira 3D Stacking | SiP, sensorlar, optoelektronik qadoqlash, antennalar, MEMS |
TSV yuqori samarali mantiqiy va xotira 3D stacking uchun asosiy tanlov bo'lib qolmoqda, TGV esa SiP, optoelektron integratsiya, sensorlar va RF qurilmalarida tez sur'atlar bilan kengayib bormoqda.
Shisha substrat o'lchamlari panel darajasidagi qadoqlash (PLP) ga yetganligi sababli, TGV 5G aloqasi, avtomobil radarlari, AR optikasi va Mini/Micro LED qadoqlash uchun ideal o'zaro bog'lanish platformasiga aylanmoqda.
IV. Kremniydan shishagacha: Tizim darajasidagi afzalliklar
Shishaning kiritilishi shunchaki materialni almashtirish emas; bu tizim darajasidagi dizayn falsafasidagi o'zgarishni anglatadi.
Elektr ishlashi: Past DK oynasi signal kechikishini va quvvat sarfini sezilarli darajada kamaytiradi.
Strukturaviy yaxlitlik: TGV katta maydonli qadoqlash uchun yuqori tekislik va pastroq egilishni ta'minlaydi.
Ishlab chiqarish moslashuvchanligi: Lazerli ishlov berish vakuumli PVD bilan birgalikda yuqori jarayonlarning mosligi va miqyoslanishini ta'minlaydi.
Xususan, optoelektron integratsiya uchun shishaning optik shaffofligi substrat nafaqat elektr ulanishlarini, balki to'lqin qo'llanmalarini, linzalarni va sensor oynalarini ham qo'llab-quvvatlaydigan qadoqlash dizaynlarini yaratishga imkon beradi, bunga TSV bilan erishish qiyin.
V. ZhenHua vakuumli TGV urug' qatlamini qoplash eritmasi
Uskunaning afzalliklari:
Chuqur qoplamani optimallashtirish: 30 mkm gacha bo'lgan kichik o'lchamdagi va 10:1 dan ortiq tomonlar nisbati bilan ishlov berishga qodir bo'lgan, murakkab chuqur qoplama muammolarini hal qilishga qodir bo'lgan xususiy chuqur qoplama texnologiyasi.
Turli o'lchamlar uchun moslashtirilishi mumkin: 600 × 600 mm, 510 × 515 mm yoki undan kattaroq shisha substratlarni qo'llab-quvvatlaydi.
Jarayon moslashuvchanligi: Turli xil elektr va korroziyaga chidamlilik talablariga javob berish uchun Cu, Ti, Ni, Pt va boshqa o'tkazuvchan yoki funktsional yupqa plyonkalar bilan mos keladi.
Barqaror ishlash va oson texnik xizmat ko'rsatish: Avtomatik parametrlarni sozlash va qalinlik bir xilligini real vaqt rejimida kuzatish uchun aqlli boshqaruv bilan jihozlangan; modulli dizayn texnik xizmat ko'rsatishni osonlashtiradi va ishlamay qolish vaqtini kamaytiradi.
Qo'llanish doirasi: TGV/TSV/TMV ilg'or qadoqlash uchun mos keladi, 10:1 nisbatda urug' qatlami qoplamasi orqali chuqurlikka erishadi.
—Ushbu maqola nashr etilganvakuumli qoplama uskunalari ishlab chiqaruvchi Zhenhua vakuum
Nashr vaqti: 2025-yil 16-oktabr