В связи с быстрым развитием вычислений на базе искусственного интеллекта, сетей связи 5G/6G и высокочастотных радиочастотных приложений традиционные кремниевые межсоединения (TSV) все чаще сталкиваются с ограничениями, связанными с потерями сигнала, тепловыми нагрузками и затратами. На этом фоне, С помощью технологии Glass Via (TGV) iэто становится ключевым прорывом в области передовых технологий монтажа полупроводников.
Технология TGV обеспечивает вертикальную электрическую связь за счет формирования и металлизации микропроходов в ультратонких стеклянных подложках. Она широко признана в качестве одной из ключевых технологий, обеспечивающих реализацию 2,5D/3D-корпусирования и архитектур на базе чиплетов.
1. Что такое TGV (Through Glass Via)?
TGV обозначает процесс создания вертикальные переходные отверстия микрометрового масштаба (10–50 мкм) в ультратонкие стеклянные подложки (100–700 мкм) таких как боросиликатное стекло или плавленый кварц, с последующей металлизацией (как правило, нанесением медного слоя) для формирования проводящих дорожек.
Она заменяет традиционные промежуточные слои TSV (Through Silicon Via) и обладает такими преимуществами, как:
- Меньшие потери сигнала
- Снижение тепловой нагрузки
- Снижение производственных затрат
- Улучшенные характеристики в высокочастотном диапазоне
2. Основной принцип работы
Типичная структура TGV состоит из:
- Стеклянная подложка (диэлектрический носитель)
- Структура вертикальных микропроходов
- Проводные переходные отверстия с металлическим наполнителем (медь)
Эти конструкции обеспечивают вертикальные соединения высокой плотности между микросхемами или модулями, что особенно подходит для передачи высокоскоростных и высокочастотных сигналов.
3. Стандартная схема процесса TGV
1) Подготовка основания
- Чистка и сушка
- Нанесение фоторезиста / литография
- Удаление поверхностных загрязнений
2) Лазерное сверление сквозных отверстий (ключевой процесс)
Сверхбыстрая лазерная обработка (с использованием пикосекундных или фемтосекундных лазеров) применяется для изменения внутренней структуры стекла:
- Вызывает появление микротрещин или зон изменения структуры
- Образует высокую продольную пропорцию с помощью каналов
- Достигается за счет диаметров до 3 мкм
- Соотношение сторон до 150:1
- Через однородность > 95%
Это самый важный этап в производстве поездов TGV.
3) Влажное травление и очистка
- Химическое травление HF/BHF
- Удаление участков, подвергшихся лазерной модификации
- Сглаживание с помощью боковых стенок
- Точный контроль диаметра
- Удаление загрязнений
4) Металлизация (критический этап)
(1) Нанесение слоя зародышевого материала
- Напыление слоев Ti/Cu или AlN/Cu
- Обеспечивает адгезию и проводимость
(2) Гальваническое покрытие медью
- Импульсная или постоянная гальваника
- Заполнение отверстий
(3) Выравнивание поверхности
- Химико-механическая полировка (CMP)
- Антиокислительная обработка поверхности
5) Уровень перераспределения (RDL) и бумпинг
- Сверхтонкая проводка RDL
- Строка/пробел вниз до ≤2 мкм
- Многослойная трассировка (до 6 слоев RDL)
- Медные столбики или паяные выступы для соединения
6) Тестирование и нарезка
- Электротехнические испытания
- Нарезка пластин
- Окончательная проверка и упаковка
4. Сравнение основных технологий формирования переходных отверстий
| Технология | Преимущества | Недостатки | Приложения |
|---|---|---|---|
| Сверхбыстрый лазер + влажное травление | Высокая точность, сквозные отверстия размером 3–10 мкм, высокое соотношение сторон, превосходная однородность | Высокая стоимость оборудования, сложный процесс | Чипы искусственного интеллекта, HBM, радиочастотные приложения |
| Прямое лазерное сверление | Низкая стоимость, высокая скорость | Шероховатые боковые стенки, низкое соотношение высоты к ширине (<20:1) | Крупные переходные отверстия, использование в низкочастотных цепях |
| Сухое травление (RIE/ICP) | Высокая точность, вертикальные боковые стенки | Медленно, дорого | Сверхмалые переходные отверстия (<5 мкм) |
5. Технология металлизации методом физического осаждения из паровой фазы на стеклянной подложке
При производстве поездов TGV, технология нанесения PVD-покрытий на стеклянную основу играет ключевую вспомогательную роль в создании надёжных соединительных конструкций.
Особенности процесса
- Внутреннее напыление методом PVD полупроводникового качества
- Нанесение меди с высокой адгезией
- Максимальная толщина меди до 10 мкм
- Превосходная однородность толщины
- Низкая склонность к короблению и высокая плоскостность
Преимущества материала
- Высокая твердость
- Превосходная износостойкость
- Высокая коррозионная стойкость
- Стабильные химические свойства
- Длительный срок службы покрытия
6. Основные преимущества технологии TGV
По сравнению с традиционной технологией TSV технология TGV обеспечивает:
- Меньшие потери при передаче сигнала (идеально подходит для высокочастотных систем)
- Снижение тепловых напряжений (лучшее согласование коэффициентов теплового расширения стекла)
- Возможность снижения производственных затрат
- Высокая стабильность размеров
- Более высокая пригодность для архитектур с плотной схемой соединений
7. Области применения
Технология TGV стремительно распространяется в следующих областях:
- Корпусирование вычислительных чипов искусственного интеллекта
- Память с высокой пропускной способностью (HBM)
- Модули радиочастотного входа 5G/6G
- Кремниевая фотоника и оптические соединительные элементы (CPO)
- Гетерогенная интеграция чиплетов
- Высокоскоростные межкомпонентные соединения в центрах обработки данных
8. Перспективы развития отрасли
По мере того как современные технологии упаковки продолжают развиваться в направлении повышения плотности, снижения энергопотребления и работы на более высоких частотах, технология TGV становится основополагающей технологией для:
Архитектуры 3D-межсоединений в эпоху после закона Мура
К числу будущих тенденций развития относятся:
- Конструкции переходных отверстий размером менее 5 мкм
- Интеграция RDL с более высокой плотностью
- Повышение стабильности массового производства
- Глубокая интеграция с системами на базе чиплетов
Заключение
Технология TGV (Through Glass Via) становится решением для межсоединений нового поколения благодаря своим высокочастотным характеристикам, низким тепловым нагрузкам и экономической эффективности.
Его основные достижения заключаются в следующем:
- Формирование сквозных отверстий с помощью сверхбыстрого лазера
- Гальваническое покрытие из меди без пустот
- Ультратонкая многослойная трассировка RDL
Ожидается, что в ближайшие годы технология TGV получит широкое коммерческое применение и сыграет ключевую роль в обеспечении работы систем искусственного интеллекта и высокоскоростных систем связи.