随着半导体制造工艺向深亚微米及纳米级发展,传统的光刻技术逐渐接近极限,集成电路晶体管数目的增加和特征尺寸的缩小越发缓慢和困难,“摩尔定律”的延续面临巨大挑战。同时,传统封装中信号传输距离长带来的互连延迟问题日益严重,难以满足芯片高速和低功耗的要求。为克服集成电路和传统封装面临的难题,三维集成技术应运而生。其中硅通孔( Through Silicon Via,TSV) 技术被认为是实现三维集成最有前景的技术。

TSV TGV介绍(先进封装)

    TSV 技术通过在芯片与芯片、晶圆与晶圆之间制作垂直通孔,实现芯片之间的直接互连。它能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片间的互连线最短、外形尺寸最小,显著提高芯片速度,降低芯片功耗,因此成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。然而,硅是一种半导体材料,TSV 周围的载流子在电场或磁场作用下可以自由移动,对邻近的电路或信号产生影响,影响芯片性能。玻璃材料没有自由移动的电荷,介电性能优良,热膨胀系数( CTE) 与硅接近,以玻璃替代硅材料的玻璃通孔( Through Glass Via,TGV) 技术可以避免TSV的问题,是理想的三维集成解决方案。此外,TGV 技术无需制作绝缘层,降低了工艺复杂度和加工成本。TGV 及相关技术在光通信、射频、微波、微机电系统、微流体器件和三维集成领域有广泛的应用前景。

TSV TGV介绍(先进封装)

玻璃通孔(TGV)和硅通孔(TSV)工艺相比TGV的优势主要体现在:
1)优良的高频电学特性。玻璃材料是一种绝缘体材料,介电常数只有硅材料的1/3左右,损耗因子比硅材料低2-3个数量级,使得衬底损耗和寄生效应大大减小,保证了传输信号的完整性;
2)大尺寸超薄玻璃衬底易于获取。Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃厂商可以提供超大尺寸(>2m × 2m)和超薄(<50µm)的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。
3)低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取,以及不需要沉积绝缘层,玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8;
4)工艺流程简单。不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层,且超薄转接板中不需要减薄;
5)机械稳定性强。即便当转接板厚度小于100µm时,翘曲依然较小;
6)应用领域广泛,是一种应用于晶圆级封装领域的新兴纵向互连技术,为实现芯片-芯片之间距离最短、间距最小的互联提供了一种新型技术途径,具有优良的电学、热学、力学性能,在射频芯片、高端MEMS传感器、高密度系统集成等领域具有独特优势,是下一代5G、6G高频芯片3D封装的首选之一。
TGV 的成形工艺主要包括喷砂、超声波钻孔、湿法刻蚀、深反应离子刻蚀、光敏刻蚀、激光刻蚀、激光诱导深度刻蚀以及聚焦放电成孔等。

硅基转接板制备流程

TSV TGV介绍(先进封装)

TSV Interposer

TSV TGV介绍(先进封装)


原文始发于微信公众号(元器件封装测试之友):TSV TGV介绍(先进封装)

先进封装设备类似前道晶圆制造设备,供应商受益先进封测产业增长。随着先进封装的发展,Bumping(凸块)、Flip(倒装) 、TSV 和 RDL(重布线)等新的连接形式所需要用到的设备也越先进。以长球凸点为例,主要的工艺流程为预清洗、UBM、淀积、光刻、焊料 电镀、去胶、刻蚀、清洗、检测等,因此所需要的设备包括清洗机、PVD 设备、光刻机、 刻蚀机、电镀设备、清洗机等,材料需要包括光刻胶、显影剂、刻蚀液、清洗液等。为促进行业发展,互通有无,欢迎芯片设计、晶圆制造、装备、材料等产业链上下游加入艾邦半导体先进封装产业链交流群。

作者 808, ab