Com o rápido crescimento da computação com IA, das comunicações 5G/6G e das aplicações de RF de alta frequência, as interconexões tradicionais baseadas em silício (TSV) estão cada vez mais limitadas pela perda de sinal, pelo stress térmico e por restrições de custo. Neste contexto, Tecnologia Through Glass Via (TGV) iestá a revelar-se um avanço fundamental na embalagem avançada de semicondutores.
A tecnologia TGV permite a interconexão elétrica vertical através da formação e metalização de microvias em substratos de vidro ultrafinos. É amplamente considerada uma tecnologia fundamental para as arquiteturas de encapsulamento 2.5D/3D e de chiplets.
1. O que é o TGV (Through Glass Via)?
TGV refere-se ao processo de criação vias verticais à escala de microns (10–50 μm) em substratos de vidro ultrafinos (100–700 μm) tais como vidro borossilicato ou sílica fundida, seguido de metalização (normalmente com cobre) para formar vias condutoras.
Substitui os interposers TSV (Through Silicon Via) tradicionais e oferece vantagens como:
- Menor perda de sinal
- Menor esforço térmico
- Custo de produção mais baixo
- Melhor desempenho nas frequências altas
2. Princípio de funcionamento fundamental
Uma estrutura típica do TGV é composta por:
- Substrato de vidro (suporte dielétrico)
- Estrutura de microvias verticais
- Vias condutoras com enchimento metálico (cobre)
Estas estruturas permitem ligações verticais de alta densidade entre chips ou módulos, sendo particularmente adequadas para a transmissão de sinais de alta velocidade e alta frequência.
3. Fluxo do processo TGV padrão
1) Preparação do substrato
- Limpeza e secagem
- Revestimento de fotorresistência / litografia
- Remoção de contaminantes superficiais
2) Perfuração a laser de vias (processo-chave)
O processamento a laser ultrarrápido (lasers de picossegundos ou femtossegundos) é utilizado para modificar as estruturas internas do vidro:
- Provoca microfissuras ou zonas alteradas
- Cria uma relação de aspecto elevada através de canais
- Atinge diâmetros a partir de 3 μm
- Formato de ecrã até 150:1
- Através da uniformidade > 95%
Este é o passo mais crítico no fabrico do TGV.
3) Gravação por via húmida e limpeza
- Gravação química HF/BHF
- Remoção de regiões modificadas a laser
- Suavização através das paredes laterais
- Controlo preciso do diâmetro
- Remoção de contaminantes
4) Metalização (Etapa crítica)
(1) Deposição da camada de sementes
- Deposição por pulverização catódica de camadas de Ti/Cu ou AlN/Cu
- Garante a aderência e a condutividade
(2) Galvanoplastia de cobre
- Galvanoplastia por impulsos ou corrente contínua
- Sem vazios através do preenchimento
(3) Planarização da superfície
- Polimento químico-mecânico (CMP)
- Tratamento de superfície antioxidante
5) Camada de redistribuição (RDL) e bumping
- Fiação RDL ultrafina
- Nova linha/novo espaço até ≤2 μm
- Roteamento multicamadas (até 6 camadas RDL)
- Pilares de cobre ou saliências de solda para ligação
6) Testes e corte em cubos
- Testes elétricos
- Corte de wafers
- Inspeção final e embalagem
4. Comparação das principais tecnologias de formação de vias
| Tecnologia | Vantagens | Desvantagens | Aplicações |
|---|---|---|---|
| Laser ultrarrápido + gravação por corrosão húmida | Alta precisão, vias de 3–10 μm, elevada relação de aspecto, excelente uniformidade | Custo elevado do equipamento, processo complexo | Chips de IA, HBM, aplicações de RF |
| Perfuração direta a laser | Baixo custo, alta velocidade | Paredes laterais rugosas, relação de aspecto baixa (<20:1) | Vias de grande dimensão, utilização em baixas frequências |
| Gravação a seco (RIE/ICP) | Alta precisão, paredes laterais verticais | Lento, caro | Vias ultrapequenas (<5 μm) |
5. Tecnologia de metalização PVD sobre vidro
Na produção do TGV, tecnologia de revestimento PVD para vidro desempenha um papel fundamental na obtenção de estruturas de interligação fiáveis.
Características do processo
- Processo interno de pulverização PVD de qualidade semicondutora
- Deposição de cobre de alta aderência
- Espessura máxima do cobre até 10 μm
- Excelente uniformidade de espessura
- Baixo empenamento e elevada planicidade
Vantagens do material
- Elevada dureza
- Excelente resistência ao desgaste
- Elevada resistência à corrosão
- Propriedades químicas estáveis
- Desempenho duradouro do revestimento
6. Principais vantagens da tecnologia TGV
Em comparação com a tecnologia TSV tradicional, a TGV oferece:
- Menor perda de transmissão do sinal (ideal para aplicações de alta frequência)
- Menor tensão térmica (melhor compatibilidade do CTE do vidro)
- Potencial de redução dos custos de produção
- Elevada estabilidade dimensional
- Maior adequação a arquiteturas de interconexão densas
7. Áreas de aplicação
A tecnologia TGV está a expandir-se rapidamente para:
- Embalagem de chips de computação para IA
- Memória de alta largura de banda (HBM)
- Módulos de front-end de RF 5G/6G
- Fotónica de silício e interconexão ótica (CPO)
- Integração heterogénea de chiplets
- Interligações de alta velocidade para centros de dados
8. Perspectivas do setor
À medida que as tecnologias de embalagem avançadas continuam a evoluir no sentido de uma maior densidade, menor consumo de energia e funcionamento a frequências mais elevadas, a TGV está a tornar-se uma tecnologia fundamental para:
Arquiteturas de interconexão 3D na era pós-Moore
As tendências futuras de desenvolvimento incluem:
- Estruturas de vias com menos de 5 μm
- Integração RDL de maior densidade
- Maior consistência na produção em massa
- Integração profunda com sistemas baseados em chiplets
Conclusão
A tecnologia TGV (Through Glass Via) está a afirmar-se como uma solução de interligação de última geração, graças ao seu desempenho em altas frequências, ao baixo stress térmico e à sua rentabilidade.
Os seus principais avanços residem em:
- Formação de vias por laser ultrarrápido
- Galvanoplastia de cobre sem poros
- Fresagem RDL multicamadas ultrafina
Com a adoção em escala comercial prevista para os próximos anos, o TGV desempenhará um papel fundamental na viabilização de sistemas de computação de IA e de comunicação de alta velocidade.