Con el rápido crecimiento de la informática basada en la inteligencia artificial, las comunicaciones 5G/6G y las aplicaciones de radiofrecuencia de alta frecuencia, las interconexiones tradicionales basadas en silicio (TSV) se ven cada vez más limitadas por la pérdida de señal, el estrés térmico y las restricciones de coste. En este contexto, Tecnología Through Glass Via (TGV) ise perfila como un avance clave en el encapsulado avanzado de semiconductores.
La tecnología TGV permite la interconexión eléctrica vertical mediante la formación y metalización de microvías en sustratos de vidrio ultrafinos. Se considera ampliamente una tecnología clave para el encapsulado 2.5D/3D y las arquitecturas de chiplets.
1. ¿Qué es TGV (Through Glass Via)?
TGV se refiere al proceso de creación de vías verticales a escala micrométrica (10-50 μm) en sustratos de vidrio ultrafinos (100–700 μm) como el vidrio borosilicato o la sílice fundida, seguido de un proceso de metalización (normalmente un recubrimiento de cobre) para formar vías conductoras.
Sustituye a los interpositores TSV (Through Silicon Via) tradicionales y ofrece ventajas como:
- Menor pérdida de señal
- Menor estrés térmico
- Menor coste de fabricación
- Mejor rendimiento en las frecuencias altas
2. Principio básico de funcionamiento
Una estructura típica del TGV consta de:
- Sustrato de vidrio (soporte dieléctrico)
- Estructura de microvías verticales
- Vías conductoras rellenas de metal (cobre)
Estas estructuras permiten interconexiones verticales de alta densidad entre chips o módulos, lo que las hace especialmente adecuadas para la transmisión de señales de alta velocidad y alta frecuencia.
3. Flujo de trabajo estándar del TGV
1) Preparación del sustrato
- Limpieza y secado
- Aplicación de fotorresina / litografía
- Eliminación de contaminantes superficiales
2) Perforación de vías con láser (proceso clave)
El procesamiento con láser ultrarrápido (láseres de picosegundos o femtosegundos) se utiliza para modificar las estructuras internas del vidrio:
- Provoca microfisuras o zonas alteradas
- Crea una relación de aspecto elevada mediante canales
- Alcanza diámetros de hasta 3 μm
- Relación de aspecto de hasta 150:1
- A través de la uniformidad > 95%
Este es el paso más importante en la fabricación del TGV.
3) Grabado húmedo y limpieza
- Grabado químico con HF/BHF
- Eliminación de las zonas modificadas por láser
- Suavizado mediante las paredes laterales
- Control preciso del diámetro
- Eliminación de contaminantes
4) Metalización (paso crítico)
(1) Deposición de capas de semillas
- Deposición por pulverización catódica de capas de Ti/Cu o AlN/Cu
- Garantiza la adherencia y la conductividad
(2) Galvanoplastia de cobre
- Galvanoplastia por impulsos o en corriente continua
- Sin huecos gracias al relleno
(3) Planificación de superficies
- Pulido químico-mecánico (CMP)
- Tratamiento superficial antioxidante
5) Capa de redistribución (RDL) y «bumping»
- Cableado RDL ultrafino
- Saltar una línea/espacio hasta ≤2 μm
- Enrutamiento multicapa (hasta 6 capas RDL)
- Pilares de cobre o protuberancias de soldadura para la unión
6) Pruebas y corte en dados
- Pruebas eléctricas
- Corte de obleas
- Inspección final y embalaje
4. Comparación de las principales tecnologías de formación de vías
| Tecnología | Ventajas | Desventajas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Láser ultrarrápido + grabado húmedo | Alta precisión, vías de 3-10 μm, alta relación de aspecto, excelente uniformidad | Alto coste de los equipos, proceso complejo | Chips de IA, HBM, aplicaciones de RF |
| Perforación directa con láser | Bajo coste, alta velocidad | Flancos rugosos, relación de aspecto baja (<20:1) | Vías grandes, uso a baja frecuencia |
| Grabado en seco (RIE/ICP) | Alta precisión, paredes laterales verticales | Lento y caro | Vías ultrapequeñas (<5 μm) |
5. Tecnología de metalización PVD sobre vidrio
En la fabricación de trenes de alta velocidad, tecnología de recubrimiento PVD sobre vidrio desempeña un papel fundamental a la hora de conseguir estructuras de interconexión fiables.
Características del proceso
- Pulverización catódica PVD de grado semiconductor realizada internamente
- Deposición de cobre de alta adherencia
- Espesor máximo del cobre de hasta 10 μm
- Excelente uniformidad del espesor
- Baja deformación y alta planitud
Ventajas del material
- Alta dureza
- Excelente resistencia al desgaste
- Gran resistencia a la corrosión
- Propiedades químicas estables
- Rendimiento duradero del recubrimiento
6. Principales ventajas de la tecnología TGV
En comparación con la tecnología TSV tradicional, la TGV ofrece:
- Menor pérdida en la transmisión de la señal (ideal para aplicaciones de alta frecuencia)
- Menor tensión térmica (mejor adaptación del coeficiente de expansión térmica del vidrio)
- Posibilidad de reducir los costes de fabricación
- Gran estabilidad dimensional
- Mayor idoneidad para arquitecturas de interconexión densas
7. Ámbitos de aplicación
La tecnología TGV se está expandiendo rápidamente en:
- Encapsulado de chips informáticos para IA
- Memoria de gran ancho de banda (HBM)
- Módulos de interfaz de radio 5G/6G
- Fotónica de silicio e interconexión óptica (CPO)
- Integración heterogénea de chiplets
- Interconexiones de alta velocidad para centros de datos
8. Perspectivas del sector
A medida que los sistemas de encapsulado avanzados siguen evolucionando hacia una mayor densidad, un menor consumo energético y un funcionamiento a frecuencias más altas, la tecnología TGV se está convirtiendo en una tecnología fundamental para:
Arquitecturas de interconexión 3D en la era posterior a Moore
Entre las tendencias de desarrollo futuras se incluyen:
- Estructuras de vías de menos de 5 μm
- Integración RDL de mayor densidad
- Mayor uniformidad en la producción en serie
- Integración profunda con sistemas basados en chiplets
Conclusión
La tecnología TGV (Through Glass Via) se está imponiendo como una solución de interconexión de última generación gracias a su rendimiento en altas frecuencias, su bajo estrés térmico y su rentabilidad.
Sus principales avances residen en:
- Formación de vías mediante láser ultrarrápido
- Galvanoplastia de cobre sin poros
- Fresado RDL multicapa de gran precisión
Dado que se prevé su implantación a escala comercial en los próximos años, la tecnología TGV desempeñará un papel fundamental en el desarrollo de los sistemas informáticos basados en la inteligencia artificial y de las comunicaciones de alta velocidad.