TGV-пластина — сквозное отверстие в стекле
Пластины со сквозными отверстиями в стекле (TGV) с лазерно просверленными и металлизированными отверстиями для 2.5D-стеклянных интерпозеров, mmWave AiP, интеграции CoPoS и фотонных интерпозеров. Марки Borofloat 33, плавленый кварц и бесщелочное стекло.
Обзор
Технология сквозных отверстий в стекле (TGV) — стеклянный аналог сквозных кремниевых переходов (TSV), обеспечивающий вертикальные электрические межсоединения через стеклянные пластины для 2.5D- и 3D-упаковки. В отличие от кремния, стекло является электрическим изолятором (удельное сопротивление > 10¹⁰ Ω·cm), что устраняет необходимость в диэлектрическом изолирующем слое, обязательном при изготовлении TSV. Низкая диэлектрическая проницаемость (εr = 4.0–5.5) и низкий тангенс угла потерь (tan δ < 0.005) стекла также снижают затухание сигнала, что делает TGV-интерпозеры превосходящими кремниевые интерпозеры для RF- и mmWave-применений.
GINECHIP поставляет TGV-пластины из Borofloat 33, плавленого кварца и бесщелочных марок стекла с диаметром отверстий от 10μm до 200μm и аспектным соотношением до 10:1. Методы формирования TGV включают лазерно-индуцированное глубокое травление (LIDE), сфокусированный электрический разряд и абляцию сверхкороткими импульсами лазера. Все TGV металлизируются слоями барьера/зародыша PVD с последующим электроосаждением Cu и опциональной отделкой Ni/Au. Комплексная метрология — включая SEM-срезы, четырехточечное измерение сопротивления по Кельвину и рентгеновское обнаружение пустот — выполняется для каждой партии.
Методы формирования TGV
Laser-Induced Deep Etching (LIDE)
Высокое ARLIDE использует двухэтапный процесс: фемтосекундная лазерная модификация стекла для создания модифицированной дорожки, а затем жидкостное химическое травление, которое преимущественно удаляет модифицированный лазером материал. Это обеспечивает TGV с гладкими стенками и высоким аспектным соотношением (до 10:1) при минимальном микрорастрескивании и остаточных напряжениях. Процесс LIDE совместим с подложками из боросиликатного, плавленого кварцевого и бесщелочного стекла диаметром от 100mm до 300mm.
Focused Electrical Discharge
Высокая скоростьСфокусированный электрический разряд (также известный как электроэрозионная обработка или искрово-ассистированное химическое гравирование) использует высоковольтный разряд между электродом-инструментом и поверхностью стекла для локальной абляции материала. Этот метод обеспечивает наибольшую производительность (до 1 000 отверстий/с) при диаметрах отверстий 50–200μm. Лучше всего подходит для TGV-интерпозеров с грубым шагом, где производительность важнее минимального размера элемента.
Ultrashort Pulse Laser Ablation
УниверсальностьПрямая абляция стекла фемтосекундным или пикосекундным лазером без последующего жидкостного травления. Сверхкороткая длительность импульса (< 1 ps) минимизирует зону термического влияния и микрорастрескивание. Этот метод обеспечивает наибольшую гибкость геометрии отверстий — конические, прямые или профилированные стенки — и совместим со всеми типами стекла. Производительность ниже, чем у LIDE или разрядных методов, но он подходит для прототипирования и мелкосерийного производства.
Технические характеристики
| Параметр | Спецификация |
|---|---|
| Материал подложки | Borofloat 33, Fused silica quartz, AN100 alkali-free glass, Sapphire Al₂O₃ |
| Диаметр | 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″) |
| Метод формирования TGV | Laser-induced deep etching (LIDE), Focused electrical discharge, Wet HF etching, Ultrashort pulse laser ablation |
| Диаметр отверстия | 10μm – 200μm (application-dependent) |
| Глубина отверстия | 100μm – 1,100μm (through-wafer) |
| Аспектное соотношение | Up to 6:1 (laser), up to 10:1 (LIDE), up to 3:1 (wet etch) |
| Шаг отверстий | 50μm – 500μm (minimum pitch depends on diameter) |
| Плотность отверстий | Up to 10⁴ vias/mm² (10μm diameter, 50μm pitch) |
| Угол боковой стенки | 88° ± 1° (laser), 89° ± 0.5° (LIDE) |
| Шероховатость боковой стенки | < 200nm Ra (laser), < 100nm Ra (LIDE), < 50nm (wet etch + anneal) |
| Металлизация | Cu (PVD seed + electroplating), Ti/Cu, TiW/Cu, Cr/Au, Cu/Ni/Au |
| Изолирующий слой | PECVD SiO₂ (100–500nm), ALD Al₂O₃ (50–100nm), polymer (BCB, SU-8) |
| Конформность металлизации | > 50% step coverage (PVD), > 90% (ALD barrier + CVD seed) |
| Сопротивление отверстия | < 100 mΩ (typical, 50×500μm via, solid Cu fill) |
| Корпусировка | Interleaved cleanroom paper, vacuum-sealed single-wafer cassette |
Применения
TGV-пластины являются ключевым строительным блоком стеклянных интерпозеров для 2.5D-упаковки. Низкая диэлектрическая проницаемость (εr = 4.0–5.5) и низкий тангенс угла потерь (tan δ < 0.005) стекла снижают затухание сигнала по сравнению с кремниевыми интерпозерами, что делает их идеальными для высокоскоростных цифровых и RF-применений. Многослойный RDL на обеих сторонах TGV-пластины обеспечивает боковую разводку между чиплетами, стеками HBM и подложками корпуса.
Низкие диэлектрические потери стеклянных подложек в сочетании с TGV-межсоединениями обеспечивают малошумные RF-переходы от антенны к IC формирования луча. TGV-интерпозеры для модулей antenna-in-package 5G mmWave (28/39 GHz) и 6G (100+ GHz) достигают вносимых потерь < 0.5 dB на переход, значительно лучше альтернатив на органических подложках.
Архитектура CoPoS (Chip-on-Panel-on-Substrate) опирается на стеклянные панели с металлизированными TGV в качестве подложки интерпозера. TGV обеспечивают вертикальное межсоединение между лицевым RDL (разводка чип-чип) и интерфейсом подложки корпуса на обратной стороне. Панельное формирование TGV на стеклянных панелях 510×515mm обеспечивает 4,5-кратное преимущество CoPoS по производительности перед методами на уровне пластины.
TGV-пластины со встроенными оптическими волноводами (записанными фемтосекундным лазером в плавленом кварце) обеспечивают совместную интеграцию электрических межсоединений (TGV с заполнением Cu) и оптических межсоединений (волноводов) на одной стеклянной подложке. Это критично для совместно упакованной оптики (CPO), где и электрические, и оптические сигналы должны прокладываться между фотонным движком и коммутационным ASIC.
TGV-пластины обеспечивают герметичные электрические вводы с низкой паразитной емкостью для корпусирования MEMS на уровне пластины. Электрическая изоляция стекла (удельное сопротивление > 10¹⁰ Ω·cm) устраняет необходимость в диэлектрических изолирующих слоях, требуемых на кремниевых TSV-пластинах, упрощая процесс производства и снижая паразитную емкость вводов для емкостных MEMS-датчиков.
Сквозные отверстия в боросиликатных или плавленых кварцевых пластинах обеспечивают жидкостные межсоединения между микрофлюидными слоями в устройствах lab-on-chip и organ-on-chip. Оптическая прозрачность стекла позволяет вести флуоресцентную микроскопию жидкостных каналов в реальном времени, а химическая инертность обеспечивает совместимость с биологическими образцами и агрессивными реагентами.
Качество и метрология
Геометрия отверстий SEM/FIB
SEM-срезы и FIB-фрезерование для измерения диаметра, глубины, угла и шероховатости боковых стенок отверстий. 100% автоматическая оптическая инспекция (AOI) на точность расположения отверстий (±2μm) и однородность диаметра (±5%).
Сопротивление отверстия (4-точечный метод Кельвина)
4-точечное кельвиновское измерение на отдельных TGV и тестовых структурах типа daisy-chain. Сопротивление TGV < 100 mΩ (типично, 50×500μm отверстие с заполнением Cu). Выход по непрерывности daisy-chain > 99% на цепочках из 1 000 отверстий.
Изоляция / ток утечки
Измерение I-V между соседними TGV и между TGV и поверхностью подложки. Ток утечки < 1 nA при смещении 5V для слоя PECVD SiO₂ толщиной 200nm. Сопротивление изоляции > 10¹⁰ Ω между соседними отверстиями.
Рентгеновская / CT-инспекция
Рентгеновская микроскопия и компьютерная томография для обнаружения пустот в TGV с заполнением Cu. Отсутствие пустот > 5μm в заполнении. Для производственных партий доступна рентгеновская инспекция всей пластины.
Шероховатость поверхности AFM
Измерение шероховатости поверхности после CMP. Дишинг Cu < 50nm, эрозия стекла < 30nm. Ra после CMP < 1nm для совместимости с литографией RDL.
Интерферометрия TTV / Bow / Warp
Топография всей пластины после формирования TGV и после CMP. TTV ≤ 5μm, Bow ≤ 25μm для стеклянных пластин 200mm. Критично для последующих требований глубины фокуса литографии RDL.
Поперечное сечение SEM (EDS)
Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) на поперечных срезах TGV для проверки непрерывности барьера/зародыша, качества заполнения Cu и обнаружения образования интерметаллидов на границе Cu/барьер.
Надежность при термоциклировании
Термоциклирование (-55°C до +150°C, 1 000 циклов) по JEDEC JESD22-A104. Изменение сопротивления TGV после циклирования < 10%. Отсутствие расслоений на границах Cu/стекло, Cu/слой и слой/стекло по данным C-SAM.
Запросить КП на TGV-пластины
Укажите тип стекла, диаметр отверстий, аспектное соотношение и требования к металлизации для индивидуального предложения.