مع النمو السريع في مجال الحوسبة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، واتصالات الجيل الخامس والسادس (5G/6G)، وتطبيقات الترددات اللاسلكية عالية التردد، أصبحت الوصلات الداخلية التقليدية القائمة على السيليكون (TSV) تواجه قيودًا متزايدة بسبب فقدان الإشارة، والضغط الحراري، وقيود التكلفة. وفي ظل هذه الظروف،, من خلال تقنية Glass Via (TGV) iتبرز هذه التقنية باعتبارها إنجازًا رئيسيًا في مجال التغليف المتطور لأشباه الموصلات.
تتيح تقنية TGV التوصيل الكهربائي الرأسي من خلال تشكيل وتعدين ثقوب دقيقة في ركائز زجاجية فائقة الرقة. وتُعتبر على نطاق واسع تقنية أساسية تمكينية لتغليف 2.5D/3D وبنيات "تشيبليت".
1. ما هو TGV (Through Glass Via)؟
يشير مصطلح TGV إلى عملية إنشاء ثقوب عمودية بمقياس الميكرون (10–50 ميكرومتر) في رقائق زجاجية فائقة النحافة (100–700 ميكرومتر) مثل زجاج البورسليكات أو السيليكا المنصهرة، يليها عملية التمعدن (عادةً ما تكون بحشو النحاس) لتشكيل مسارات موصلة.
وهي تحل محل الوحدات الوسيطة التقليدية من نوع TSV (Through Silicon Via) وتقدم مزايا مثل:
- انخفاض فقدان الإشارة
- تقليل الإجهاد الحراري
- تكلفة تصنيع أقل
- أداء أفضل في النطاقات العالية
2. مبدأ العمل الأساسي
يتكون الهيكل النموذجي لقطار TGV من:
- الركيزة الزجاجية (حامل عازل)
- هيكل الميكروفيا العمودي
- ثقوب توصيلية مملوءة بالمعدن (النحاس)
تتيح هذه الهياكل إجراء توصيلات رأسية عالية الكثافة بين الرقائق أو الوحدات، وهي مناسبة بشكل خاص لنقل الإشارات عالية السرعة والتردد.
3. مسار العمل القياسي لـ TGV
1) تحضير الركيزة
- التنظيف والتجفيف
- طلاء مادة مقاومة للضوء / الطباعة الحجرية
- إزالة الملوثات السطحية
2) حفر الثقوب بالليزر (عملية أساسية)
تُستخدم المعالجة بالليزر فائق السرعة (ليزر البيكو ثانية أو الفيمتو ثانية) لتعديل الهياكل الداخلية للزجاج:
- يؤدي إلى حدوث شقوق دقيقة أو مناطق متغيرة
- تشكل نسبة عرض إلى ارتفاع عالية عبر القنوات
- يصل إلى أقطار تصل إلى 3 ميكرومتر
- نسبة العرض إلى الارتفاع تصل إلى 150:1
- من خلال التوحيد > 95%
هذه هي الخطوة الأكثر أهمية في تصنيع قطارات TGV.
3) الحفر الرطب والتنظيف
- الحفر الكيميائي HF/BHF
- إزالة المناطق التي تم تعديلها بالليزر
- التنعيم عبر الجدران الجانبية
- التحكم الدقيق في القطر
- إزالة الملوثات
4) الطلاء المعدني (خطوة حاسمة)
(1) ترسيب طبقة البذور
- رش طبقات من التيتانيوم/النحاس أو النيتريد الألومنيوم/النحاس
- يضمن الالتصاق والتوصيل الكهربائي
(2) الطلاء الكهربائي بالنحاس
- الطلاء الكهربائي بالنبضات أو بالتيار المستمر
- ملء الفراغات
(3) تسوية السطح
- التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP)
- معالجة السطح المضادة للأكسدة
5) طبقة إعادة التوزيع (RDL) والتصادم
- أسلاك RDL فائقة النعومة
- سطر/مسافة لأسفل إلى ≤2 ميكرومتر
- توجيه متعدد الطبقات (حتى 6 طبقات RDL)
- أعمدة نحاسية أو نتوءات لحام للتوصيل
6) الاختبار والتقطيع
- الاختبارات الكهربائية
- تقطيع الرقائق
- الفحص النهائي والتعبئة
4. مقارنة بين التقنيات الرئيسية لتشكيل الثقوب المارة
| التكنولوجيا | المزايا | العيوب | التطبيقات |
|---|---|---|---|
| ليزر فائق السرعة + الحفر الرطب | دقة عالية، ثقوب ربط بحجم 3–10 ميكرومتر، نسبة أبعاد عالية، تناسق ممتاز | ارتفاع تكلفة المعدات، وتعقيد العملية | رقائق الذكاء الاصطناعي، ذاكرة HBM، تطبيقات الترددات اللاسلكية |
| الحفر المباشر بالليزر | تكلفة منخفضة، سرعة عالية | جوانب جانبية خشنة، ونسبة عرض إلى ارتفاع منخفضة (<20:1) | ثقوب توصيل كبيرة، للاستخدام في الترددات المنخفضة |
| الحفر الجاف (RIE/ICP) | جدران جانبية عمودية عالية الدقة | بطيء ومكلف | فتحات ربط فائقة الصغر (<5 ميكرومتر) |
5. تقنية الطلاء المعدني بالبخار الفراغي (PVD) على الأسطح الزجاجية
في صناعة قطارات TGV،, تقنية طلاء PVD على أساس الزجاج يلعب دورًا داعمًا حاسمًا في تحقيق هياكل ربط موثوقة.
ميزات العملية
- تقنية الرش بالبخار الفراغي (PVD) الداخلية المخصصة لأشباه الموصلات
- ترسيب النحاس عالي الالتصاق
- يصل سمك النحاس الأقصى إلى 10 ميكرومتر
- توحيد ممتاز في السماكة
- انحراف ضئيل وتسطيح عالٍ
مزايا المواد
- صلابة عالية
- مقاومة ممتازة للتآكل
- مقاومة قوية للتآكل
- خصائص كيميائية ثابتة
- أداء طويل الأمد للطلاء
6. المزايا الرئيسية لتقنية TGV
بالمقارنة مع تقنية TSV التقليدية، توفر تقنية TGV ما يلي:
- انخفاض خسارة نقل الإشارة (مثالي للتطبيقات عالية التردد)
- تقليل الإجهاد الحراري (تحسين توافق معامل التمدد الحراري للزجاج)
- إمكانية خفض تكاليف التصنيع
- ثبات عالٍ في الأبعاد
- ملاءمة أفضل للبنى ذات التوصيلات الكثيفة
7. مجالات التطبيق
تتوسع تقنية TGV بسرعة في المجالات التالية:
- تغليف رقائق الحوسبة المدعومة بالذكاء الاصطناعي
- ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)
- وحدات الواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية (RF) لشبكات الجيل الخامس (5G) والجيل السادس (6G)
- الضوئيات السليكونية والوصلات البصرية (CPO)
- التكامل غير المتجانس للرقائق الصغيرة
- شبكات الربط عالية السرعة لمراكز البيانات
8. توقعات القطاع
مع استمرار تطور التغليف المتطور نحو زيادة الكثافة، وخفض استهلاك الطاقة، وزيادة تردد التشغيل، أصبحت تقنية TGV تقنية أساسية في المجالات التالية:
بنى التوصيلات ثلاثية الأبعاد في عصر ما بعد مور
تشمل اتجاهات التطوير المستقبلية ما يلي:
- هياكل ثقوب ربط أصغر من 5 ميكرومتر
- تكامل RDL عالي الكثافة
- تحسين اتساق الإنتاج الضخم
- تكامل عميق مع الأنظمة القائمة على الرقائق الصغيرة
الخاتمة
تبرز تقنية TGV (Through Glass Via) كحل للربط بين المكونات من الجيل التالي بفضل أدائها العالي التردد، وانخفاض الضغط الحراري، وكفاءتها من حيث التكلفة.
وتكمن إنجازاتها الرئيسية في:
- تشكيل ثقوب بالليزر فائق السرعة
- الطلاء الكهربائي بالنحاس الخالي من الفراغات
- توجيه RDL متعدد الطبقات فائق الدقة
مع توقع انتشارها على نطاق تجاري في السنوات المقبلة، ستلعب تقنية TGV دورًا حاسمًا في تمكين أنظمة الحوسبة القائمة على الذكاء الاصطناعي وأنظمة الاتصالات عالية السرعة.