AI 컴퓨팅, 5G/6G 통신 및 고주파 RF 애플리케이션의 급속한 성장에 따라, 기존의 실리콘 기반 상호 연결(TSV)은 신호 손실, 열적 스트레스 및 비용 제약으로 인해 점점 더 한계에 부딪히고 있습니다. 이러한 배경에서, TGV(관통 유리 비아) 기술 i이 기술은 첨단 반도체 패키징 분야에서 중요한 돌파구로 부상하고 있다.
TGV는 초박형 유리 기판에 마이크로비아를 형성하고 도금 처리함으로써 수직 전기적 연결을 가능하게 합니다. 이는 2.5D/3D 패키징 및 칩렛 아키텍처를 구현하는 핵심 기술로 널리 인정받고 있습니다.
1. TGV(Through Glass Via)란 무엇인가요?
TGV는 다음을 생성하는 과정을 의미합니다 마이크론 단위의 수직 비아(10–50 μm) 에서 초박형 유리 기판 (100–700 μm) 보로실리케이트 유리나 용융 실리카와 같은 재료를 사용한 뒤, 전도성 경로를 형성하기 위해 금속 코팅(일반적으로 구리 도포) 공정을 거칩니다.
이는 기존의 TSV(Through Silicon Via) 인터포저를 대체하며 다음과 같은 장점을 제공합니다:
- 신호 손실 감소
- 열 응력 감소
- 제조 비용 절감
- 향상된 고주파 성능
2. 핵심 작동 원리
일반적인 TGV 구조는 다음과 같이 구성됩니다:
- 유리 기판 (유전체 캐리어)
- 수직 마이크로비아 구조
- 금속 충전 전도성 비아 (구리)
이러한 구조는 칩이나 모듈 간에 고밀도 수직 상호 연결을 가능하게 하며, 특히 고속 및 고주파 신호 전송에 적합합니다.
3. 표준 TGV 프로세스 흐름
1) 기판 준비
- 세척 및 건조
- 포토레지스트 코팅 / 리소그래피
- 표면 오염 물질 제거
2) 레이저 비아 드릴링 (핵심 공정)
초고속 레이저 가공(피코초 또는 펨토초 레이저)은 유리 내부 구조를 변형하는 데 사용됩니다:
- 미세 균열이나 변형 부위를 유발한다
- 채널을 통해 높은 종횡비를 형성합니다
- 최소 직경 3 μm
- 화면비 최대 150:1
- 균일성을 통해 > 95%
이 단계는 TGV 제조 과정에서 가장 중요한 단계입니다.
3) 습식 식각 및 세정
- HF/BHF 화학 식각
- 레이저로 처리된 영역 제거
- 측면을 통한 평활화
- 정밀한 직경 제어
- 오염 물질 제거
4) 금속화 (핵심 공정)
(1) 시드 층 증착
- Ti/Cu 또는 AlN/Cu 박막의 스퍼터링
- 접착력과 전도성을 보장합니다
(2) 구리 전기 도금
- 펄스 도금 또는 직류 도금
- 빈 공간 없이 비아 채우기
(3) 표면 평탄화
- 화학적 기계 연마(CMP)
- 항산화 표면 처리
5) 재분배층(RDL) 및 범핑
- 초미세 RDL 배선
- 줄 바꿈 또는 아래로 ≤2 μm
- 다층 라우팅 (최대 6개의 RDL 레이어)
- 접합용 구리 기둥 또는 솔더 범프
6) 테스트 및 다이싱
- 전기 시험
- 웨이퍼 다이싱
- 최종 검사 및 포장
4. 주요 비아 형성 기술의 비교
| 기술 | 장점 | 단점 | 애플리케이션 |
|---|---|---|---|
| 초고속 레이저 + 습식 식각 | 고정밀도, 3–10 μm 비아, 높은 종횡비, 뛰어난 균일성 | 높은 장비 비용, 복잡한 공정 | AI 칩, HBM, RF 애플리케이션 |
| 직접 레이저 드릴링 | 저비용, 고속 | 거친 측벽, 낮은 종횡비(<20:1) | 큰 비아, 저주파 용도 |
| 건식 식각 (RIE/ICP) | 높은 정밀도, 수직 측면 | 느리고 비싸다 | 초소형 비아 (<5 μm) |
5. 유리 기반 PVD 금속 증착 기술
TGV 제조 과정에서, 유리 기반 PVD 코팅 기술 신뢰할 수 있는 상호 연결 구조를 구현하는 데 있어 중요한 보조 역할을 합니다.
공정 특징
- 사내 반도체 등급 PVD 스퍼터링
- 고접착력 구리 증착
- 최대 구리 두께는 10 마이크로미터
- 탁월한 두께 균일성
- 뒤틀림이 적고 평탄도가 높음
소재의 장점
- 높은 경도
- 뛰어난 내마모성
- 뛰어난 내식성
- 안정적인 화학적 성질
- 오래 지속되는 코팅 성능
6. TGV 기술의 주요 장점
기존의 TSV 기술과 비교했을 때, TGV는 다음과 같은 장점을 제공합니다:
- 신호 전송 손실이 적음 (고주파 응용 분야에 이상적)
- 열 응력 감소 (유리의 열팽창 계수(CTE)가 더 잘 일치함)
- 제조 비용 절감 가능성
- 높은 치수 안정성
- 고밀도 상호 연결 아키텍처에 더 적합함
7. 적용 분야
TGV 기술은 다음과 같은 분야로 빠르게 확대되고 있습니다:
- AI 컴퓨팅 칩 패키징
- 대용량 메모리(HBM)
- 5G/6G RF 프런트엔드 모듈
- 실리콘 포토닉스 및 광 인터커넥트(CPO)
- 칩렛 이종 통합
- 고속 데이터 센터 상호 연결
8. 산업 전망
고밀도, 저전력 소비, 고주파 동작을 향한 첨단 패키징 기술의 진화가 지속됨에 따라, TGV는 다음 분야의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다:
무어의 법칙 이후 시대의 3D 상호 연결 아키텍처
향후 발전 추세는 다음과 같습니다:
- 5μm 미만의 비아 구조
- 고밀도 RDL 집적
- 대량 생산의 일관성 향상
- 칩렛 기반 시스템과의 긴밀한 통합
결론
TGV(Through Glass Via) 기술은 우수한 고주파 성능, 낮은 열 응력, 그리고 비용 효율성 덕분에 차세대 상호 연결 솔루션으로 부상하고 있습니다.
주요 혁신은 다음과 같습니다:
- 초고속 레이저 비아 형성
- 공극이 없는 구리 전기 도금
- 초정밀 다층 RDL 라우팅
향후 몇 년 내에 상용화될 것으로 예상되는 TGV는 AI 컴퓨팅 및 초고속 통신 시스템 구현에 있어 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.