A mesterséges intelligencia, az 5G/6G-kommunikáció és a nagyfrekvenciás rádiófrekvenciás alkalmazások gyors fejlődésével a hagyományos szilíciumalapú összekötő elemek (TSV) egyre inkább korlátozottá válnak a jelveszteség, a hőterhelés és a költségbeli megszorítások miatt. Mindezek fényében, a Through Glass Via (TGV) technológiával iez a technológia a fejlett félvezető-csomagolás területén kulcsfontosságú áttörésnek ígérkezik.
A TGV technológia ultravékony üveghordozókban kialakított és fémbevonattal ellátott mikroviák segítségével teszi lehetővé a vertikális elektromos összeköttetést. Széles körben a 2,5D/3D csomagolási technológiák és a chiplet architektúrák egyik alapvető alaptechnológiájának tekintik.
1. Mi az a TGV (Through Glass Via)?
A TGV a létrehozás folyamatát jelenti mikronméretű függőleges átvezetések (10–50 μm) a ultravékony üveghordozók (100–700 μm) például boroszilikátüveg vagy olvasztott szilícium-dioxid, majd ezt követi a fémbevonat (általában rézbevonat) a vezetőpályák kialakítása érdekében.
Ez felváltja a hagyományos TSV (Through Silicon Via) közbenső rétegeket, és olyan előnyöket kínál, mint például:
- Kisebb jelveszteség
- Csökkentett hőterhelés
- Alacsonyabb gyártási költség
- Jobb magas frekvenciás teljesítmény
2. Alapvető működési elv
A TGV jellegzetes felépítése a következő elemekből áll:
- Üveg hordozó (dielektromos hordozó)
- Függőleges mikrovia-szerkezet
- Fémmel töltött vezető átmenő furatok (réz)
Ezek a szerkezetek nagy sűrűségű vertikális összeköttetéseket tesznek lehetővé chipek vagy modulok között, és különösen alkalmasak nagy sebességű és nagyfrekvenciás jelátvitelre.
3. A TGV szokásos folyamatábrája
1) Az aljzat előkészítése
- Tisztítás és szárítás
- Fényérzékeny bevonat / litográfia
- A felületi szennyeződések eltávolítása
2) Lézeres átmenőfurat-kialakítás (kulcsfontosságú folyamat)
Az ultrarövid impulzusú lézeres megmunkálást (pikoszekundumos vagy femtoszekundumos lézerek) az üveg belső szerkezetének módosítására alkalmazzák:
- Mikrorepedéseket vagy módosult zónákat idéz elő
- Csatornák révén nagy oldalarányú alakzatot képez
- Akár 3 μm
- Képarány legfeljebb 150:1
- Az egységesség révén > 95%
Ez a TGV gyártásának legkritikusabb lépése.
3) Nedves maratás és tisztítás
- HF/BHF kémiai maratás
- A lézerrel módosított területek eltávolítása
- Kiegyenlítés az oldalfalakon keresztül
- Pontos átmérő-szabályozás
- Szennyezőanyagok eltávolítása
4) Fémbevonat (kritikus lépés)
(1) Magréteg felvitele
- Ti/Cu vagy AlN/Cu rétegek porlasztása
- Biztosítja a tapadást és a vezetőképességet
(2) Rézgalvanizálás
- Impulzusos vagy egyenáramú galvanizálás
- Üregmentes töltéssel
(3) Felületi kiegyenlítés
- Kémiai mechanikai polírozás (CMP)
- Antioxidáns felületkezelés
5) Újraelosztási réteg (RDL) és bumping
- Rendkívül finom RDL-vezetékek
- Sor/szóköz lefelé ≤2 μm
- Többrétegű útválasztás (legfeljebb 6 RDL-réteg)
- Réz oszlopok vagy forrasztási domborulatok az összekapcsoláshoz
6) Tesztelés és darabolás
- Elektromos vizsgálatok
- Szeletelő
- Végső ellenőrzés és csomagolás
4. A fő átvezetőlyuk-kialakítási technológiák összehasonlítása
| Technológia | Előnyök | Hátrányok | Alkalmazások |
|---|---|---|---|
| Ultrarövid impulzusú lézer + nedves maratás | Nagy pontosság, 3–10 μm-es átmenőfuratok, nagy oldalarány, kiváló egyenletesség | Magas berendezésköltségek, bonyolult folyamat | Mesterséges intelligencia chipek, HBM, rádiófrekvenciás alkalmazások |
| Közvetlen lézeres fúrás | Alacsony költség, nagy sebesség | Éles oldalfalak, alacsony oldalfal-magasság arány (<20:1) | Nagy átmenőfuratok, alacsony frekvenciájú alkalmazás |
| Száraz maratás (RIE/ICP) | Nagy pontosságú, függőleges oldalfalak | Lassú, drága | Rendkívül kicsi átmenő furatok (<5 μm) |
5. Üvegalapú PVD-fémbevonat-technológia
A TGV gyártásában, üvegalapú PVD-bevonat-technológia kulcsfontosságú szerepet játszik a megbízható összekötő szerkezetek kialakításában.
A folyamat jellemzői
- Saját fejlesztésű, félvezetőipari minőségű PVD-porlasztás
- Erős tapadású rézbevonat
- A réz maximális vastagsága legfeljebb 10 μm
- Kiváló vastagságegységesség
- Alacsony vetemedés és kiváló síkfelület
Az anyag előnyei
- Nagy keménység
- Kiváló kopásállóság
- Kiváló korrózióállóság
- Stabil kémiai tulajdonságok
- Hosszú élettartamú bevonat
6. A TGV-technológia legfontosabb előnyei
A hagyományos TSV-technológiához képest a TGV a következő előnyöket kínálja:
- Alacsonyabb jelátviteli veszteség (ideális nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz)
- Csökkentett hőterhelés (az üveg jobb hőtágulási együtthatója)
- Alacsonyabb gyártási költségek lehetősége
- Kiváló méretstabilitás
- Jobb alkalmazhatóság sűrű összekötő architektúrákhoz
7. Alkalmazási területek
A TGV-technológia gyorsan terjed az alábbi területeken:
- Mesterséges intelligencia számítástechnikai chipek csomagolása
- Nagy sávszélességű memória (HBM)
- 5G/6G rádiófrekvenciás elülső modulok
- Szilícium-fotonika és optikai összeköttetés (CPO)
- Chipletek heterogén integrációja
- Nagy sebességű adatközponti összeköttetések
8. Az iparág kilátásai
Ahogy a fejlett csomagolási technológiák egyre nagyobb sűrűség, alacsonyabb energiafogyasztás és magasabb működési frekvencia irányába fejlődnek, a TGV alapvető technológiává válik a következő területeken:
A Moore-törvény utáni korszak 3D-s összekötő architektúrái
A jövőbeli fejlesztési irányok a következők:
- 5 μm alatti átvezető szerkezetek
- Nagyobb sűrűségű RDL-integráció
- A tömeggyártás konzisztenciájának javítása
- Szoros integráció a chiplet-alapú rendszerekkel
Következtetés
A TGV (Through Glass Via) technológia nagyfrekvenciás teljesítményének, alacsony hőterhelésének és költséghatékonyságának köszönhetően a következő generációs összekötő megoldásként tűnik fel.
Legfontosabb áttörései a következőkben rejlenek:
- Ultrarövid impulzusú lézeres átvezetőréteg-képzés
- Hibamentes rézgalvanizálás
- Ultrafinom, többrétegű RDL-marás
Mivel a következő években várható a technológia kereskedelmi méretű elterjedése, a TGV döntő szerepet fog játszani a mesterséges intelligencia alapú számítástechnika és a nagy sebességű kommunikációs rendszerek megvalósításában.