I takt med den snabba utvecklingen inom AI-beräkningar, 5G/6G-kommunikation och högfrekventa RF-tillämpningar stöter traditionella kiselbaserade förbindelser (TSV) allt oftare på begränsningar i form av signalförluster, termisk belastning och kostnadsbegränsningar. Mot denna bakgrund, Med hjälp av TGV-tekniken (Through Glass Via) i... framstår som ett viktigt genombrott inom avancerad halvledarkapsling.
TGV möjliggör vertikal elektrisk koppling genom att bilda och metallisera mikrovias i ultratunna glassubstrat. Tekniken anses allmänt vara en central grundteknik för 2,5D/3D-förpackning och chiplet-arkitekturer.
1. Vad är TGV (Through Glass Via)?
TGV avser processen att skapa vertikala genomgångshål i mikrometerstorlek (10–50 μm) i ultratunna glassubstrat (100–700 μm) såsom borosilikatglas eller smält kvarts, följt av metallisering (vanligtvis kopparbeläggning) för att bilda ledande banor.
Den ersätter traditionella TSV-interposers (Through Silicon Via) och erbjuder fördelar som:
- Mindre signalförlust
- Minskad termisk belastning
- Lägre tillverkningskostnad
- Bättre högfrekvensprestanda
2. Grundläggande funktionsprincip
En typisk TGV-konstruktion består av:
- Glasunderlag (dielektrisk bärare)
- Vertikal mikroviastruktur
- Metallfyllda ledande genomgångshål (koppar)
Dessa strukturer möjliggör vertikala anslutningar med hög täthet mellan chip eller moduler, vilket gör dem särskilt lämpliga för signalöverföring med hög hastighet och hög frekvens.
3. Standardiserat arbetsflöde för TGV
1) Förberedelse av underlaget
- Rengöring och torkning
- Beläggning med fotoresist / litografi
- Avlägsnande av ytföroreningar
2) Laserborrning av via-hål (nyckelprocess)
Ultrasnabb laserbearbetning (pikosekund- eller femtosekundlasrar) används för att förändra glasets inre struktur:
- Orsakar mikrosprickor eller förändrade områden
- Skapar en hög bildförhållande genom kanaler
- Uppnås genom diametrar ner till 3 μm
- Bildformat upp till 150:1
- Genom enhetlighet > 95%
Detta är det viktigaste steget i tillverkningen av TGV-tåg.
3) Våtetsning och rengöring
- Kemisk etsning av HF/BHF
- Borttagning av laserbehandlade områden
- Utjämning via sidoväggarna
- Exakt diameterkontroll
- Avlägsnande av föroreningar
4) Metallisering (avgörande steg)
(1) Deponering av fröskikt
- Sputtring av Ti/Cu- eller AlN/Cu-skikt
- Säkerställer vidhäftning och ledningsförmåga
(2) Koppargalvanisering
- Puls- eller likströmsgalvanisering
- Felfri genom fyllning
(3) Ytplanering
- Kemisk mekanisk polering (CMP)
- Ytbehandling mot oxidation
5) Omfördelningsskikt (RDL) och bumping
- Ultrafina RDL-ledningar
- Radbrytning/mellanslag ned till ≤2 μm
- Flerskiktsrouting (upp till 6 RDL-skikt)
- Kopparpelare eller lödbultar för sammanfogning
6) Testning och uppdelning
- Elektriska provningar
- Skärning av kiselskivor
- Slutkontroll och förpackning
4. Jämförelse av de viktigaste teknikerna för bildning av genomgående hål
| Teknik | Fördelar | Nackdelar | Tillämpningar |
|---|---|---|---|
| Ultrasnabb laser + våtetsning | Hög precision, genomgångshål på 3–10 μm, högt längd-bredd-förhållande, utmärkt jämnhet | Höga utrustningskostnader, komplex process | AI-chip, HBM, RF-tillämpningar |
| Direkt laserborrning | Låg kostnad, hög hastighet | Grovt mönster på sidoväggarna, lågt höjd-bredd-förhållande (<20:1) | Stora genomgångshål, användning vid låga frekvenser |
| Torretsning (RIE/ICP) | Hög precision, vertikala sidoväggar | Långsamt, dyrt | Mycket små genomgångshål (<5 μm) |
5. Glasbaserad PVD-metallisering
Vid tillverkningen av TGV, glasbaserad PVD-beläggningsteknik spelar en avgörande roll för att uppnå tillförlitliga sammankopplingsstrukturer.
Processegenskaper
- Intern PVD-sputtering av halvledarkvalitet
- Kopparbeläggning med hög vidhäftningsförmåga
- Maximal kopparstjocklek upp till 10 μm
- Utmärkt jämnhet i tjockleken
- Liten skevhet och hög planhet
Materialfördelar
- Hög hårdhet
- Utmärkt slitstyrka
- Hög korrosionsbeständighet
- Stabila kemiska egenskaper
- Beläggning med lång livslängd
6. De viktigaste fördelarna med TGV-tekniken
Jämfört med traditionell TSV-teknik erbjuder TGV följande:
- Mindre signalförlust (perfekt för högfrekventa tillämpningar)
- Minskad termisk belastning (bättre anpassning av glasets koefficient för termisk utvidgning)
- Möjlighet till lägre tillverkningskostnader
- Hög dimensionsstabilitet
- Bättre lämplighet för tätt packade kopplingsarkitekturer
7. Användningsområden
TGV-tekniken expanderar snabbt inom följande områden:
- Förpackning av AI-databehandlingskretsar
- HBM-minne (High-bandwidth memory)
- 5G/6G-moduler för RF-frontend
- Kiselbaserad fotonik och optiska kopplingar (CPO)
- Heterogen integration av chiplets
- Höghastighetsförbindelser mellan datacenter
8. Branschutsikter
I takt med att avancerade integrerade kretsar fortsätter att utvecklas mot högre packtäthet, lägre strömförbrukning och drift vid högre frekvenser, blir TGV en grundläggande teknik för:
3D-anslutningsarkitekturer i tiden efter Moore
Framtida utvecklingstrender omfattar:
- Via-strukturer under 5 μm
- RDL-integration med högre täthet
- Förbättrad enhetlighet i massproduktionen
- Djup integration med chiplet-baserade system
Slutsats
TGV-tekniken (Through Glass Via) håller på att etablera sig som nästa generations kopplingslösning tack vare sin höga frekvensprestanda, låga värmebelastning och kostnadseffektivitet.
De viktigaste genombrotten ligger i:
- Bildning av hål med ultrasnabb laser
- Galvanisering av koppar utan porer
- Ultrafint flerlagers-RDL-fräsning
Med en förväntad införande i kommersiell skala under de kommande åren kommer TGV att spela en avgörande roll för att möjliggöra AI-beräkningar och höghastighetskommunikationssystem.