解决方案

首页 >> 新闻动态 >>行业干货 >> 玻璃通孔 (TGV)重新定义封装基板,应对未来十年1万亿体管挑战
详细内容

玻璃通孔 (TGV)重新定义封装基板,应对未来十年1万亿体管挑战

编者荐语:

如果说延续摩尔追赶国外先进水平,那么超越摩尔借助三维封装,有望并驾齐驱。特别是TGV三维集成技术的突破,将是“换道超车”的重要机遇。迈科凭借TGV的领先优势,产品包括三维集成转接板、IPD无源集成器件和3D玻璃。力争为三维封装贡献中国力量。

以下文章来源于未来半导体 ,作者齐道长

1.jpg

先进封装在半导体产业的比重稳步提升,其发展与通孔互连技术的演进和加工精度的提高息息相关。在高密度、高集成度先进电子系统时代,实现高性能 SiP 和 AiP 应用的中介层和基板至关重要。

玻璃通孔 (TGV)为具有挑战性且昂贵的硅技术提供了一种成本更低、损耗更低的替代方案。面向未来,TGV基板将在3D集成半导体封装广泛应用。TGV将助力英特尔超越Intel 18A制程节点,达成2030年之前在单一封装中提供1万亿个晶体管的宏愿。

本篇文章为您介绍了TGV技术的性能优势、应用场景、技术挑战以及全球范围内最新的突破性商用方案。本文超过10000字,阅读需要3600秒。您可以直接划到文章下半,看国内TGV进展。如果觉得对您业务有用,请夹个鸡腿给道长。

2.jpg


什么是玻璃通孔(TGV)

TGV,Through Glass Via,是穿过玻璃基板的垂直电气互连。与TSV(Through Silicon Via)相对应,作为一种可能替代硅基板的材料被认为是下一代三维集成的关键技术。

TGV 以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材,通过种子层溅射、电镀填充、化学机械平坦化、RDL再布线,bump工艺引出实现3D互联。TGV是直径通常为10μm-100μm的微通孔。对于先进封装领域的各种应用,每片晶圆上通常需要应用数万个TGV通孔并对其进行金属化,以获得所需要的导电性。

3.png

玻璃芯技术路线 图源:苏州森丸电子技术有限公司

4.png

玻璃基板可容纳多 50% 的小芯片 图源:All About Circuits

与硅基板相比:玻璃通孔互连技术具有优良的高频电学特性、大尺寸超薄玻璃基板成本低、工艺流程简单、机械稳定性强等优势。可应用于2.5D/3D晶圆级封装、芯片堆叠、MEMS传感器和半导体器件的3D集成、射频元件和模块、CMOS 图像传感器 (CIS)、汽车射频和摄像头模块。基于此,玻璃通孔三维互连技术成为当前先进封装的研究热点。

 *光学:高透明度、低荧光;

 *化学和机械:高耐化学性和化学惰性、各向同性、良好的机械稳定性、低热膨胀、热膨胀系数可调;

 *电气:完美的隔离器、低插入损耗、光滑的表面可实现细线光刻;

 *厚度减少,性能密度提升,成本和功耗降低。英特尔称,其玻璃基板技术能够将单个封装中的芯片区域增加50%,从而可以塞进更多的Chiplet;与ABF塑料相比,它的厚度可以减少一半左右,减薄可以提高信号传输速度和功率效率;

 *成分可变:从而可以根据特定应用定制玻璃特性;

 *板级定制:玻璃可以厚度50µ-100µm至 900μm的晶圆和大面板的形式制造。当前TGV从6英寸晶圆至12英寸晶圆,发展到510 x 515mm、457 x 610mm、600 x 600mm、1500x 800mm的面板。熔合成型工艺能够形成大尺寸超1000mm的高质量基材。为应这些挑战,目前仅有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。


5.jpg

玻璃晶圆 图源:弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所 IZM

6.jpg

面板玻璃 图源:Rena

英特尔一直是玻璃基板领域的探索引领者,以实现更强大的算力获得规模最大、利润最高的产品。2023年9月18日,英特尔推出基于下一代先进封装的玻璃基板开发的最先进处理器,通孔节距75μm,计划于2026~2030年量产。并称该成果将重新定义芯片封装的边界,能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案,推动摩尔定律进步。此外,英特尔研发的共同封装光学元件技术(CPO) ,可通过玻璃基板设计,利用光学传输的方式增加信号。

5.png

图源:Intel


哪里用到TGV?

英特尔旗帜鲜明地用玻璃基板讨伐硅基板得到了业界对玻璃通孔(TGV)技术及基板性能的极大兴趣和未来憧憬。

今后,英特尔将生产面向数据中心的系统级封装(SiP),具有数十个小瓦片(tile),功耗可能高达数千瓦,且需要非常密集的Chiplet互连,同时确保整个封装在生产过程中或使用过程中不会因热量而弯曲。而未来数年硅基板将难以胜任这些挑战任务。英特尔预计,玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性,使该公司能够构建更高性能的多芯片SiP,在芯片上多放置50%的裸片。特别是,英特尔预计玻璃基板能够实现容纳多片硅的超大型24×24cm SiP。

6.png

界上唯一一家能够提供3D微晶玻璃PSG、纯玻璃3D部件制造、从NPI到全面制造的服务的公司。通过先进TGV形成工艺能够解决 HPFS 等半导体级玻璃的形成问题以及 HPC、MEMS和光子学等应用 图源:3DGS

为了弥合机械和电气之间的差距,英特尔能够在玻璃通孔(TGV)上实现更紧密的间距,从而通过基板本身传输信号,从而允许整体上有更多数量的通孔。英特尔报告称,他们能够将 TGV 的间距控制在100μm以内,从而将TGV密度提高10倍。所有这些最终使得通过基板核心路由信号变得更加灵活,并且在某种程度上使得使用更少的 RDL 层路由信号变得更加容易。

7.jpg

7.png

康宁正在探索400G 及以上的集成光学解决方案,集成电光玻璃基板将用于CPO工艺 图源:corning

Intel表示,玻璃基板更高的温度耐受可使变形减少50%,便于更灵活地设置供电和信号传输规则,比如无缝嵌入光互连、电容、电感等器件。如今数据中心的业务压力越来越大,对于降低功耗以及对光模块封装集成度需求在提升。CPO(共封装光学)封装载板所用到的核心技术TGV,相比之下玻璃基作为芯片封装载板具备更优的散热性,其在大功率器件封装和高算力数据中心服务器等领域具有一定的应用空间。


射频和模拟/混合电路芯片集成化发展中,对高性能无源器件的需求在急速增加,耦合阻抗匹配电路对电容提出了更高的要求。硅基高密度电容虽然可以满足该类场景的高电容密度和高集成化,但基板带来的损耗和深硅刻蚀工艺成本也为业界考量。玻璃基板TGV技术作为代替方案成为热门研究话题:其优异的绝缘性、可调节的热膨胀系数(CTE)、面板级尺寸的可用性和出色的高频电性能而成为集成无源器件的理想基板。


8.png

9.jpg

厦门大学电子科学与技术学院于大全教授团队利用玻璃通孔和原子层沉积工艺制作的一款低损耗、高电容密度的三维电容器。图源:IEEE Electron Device Letters


玻璃中介层的既定应用领域之一是射频封装。它基于玻璃的特殊性能,例如低电损耗,特别是在高频下。相对较高的刚度和调节热膨胀系数的能力有利于控制玻璃芯基板和粘合叠层的翘曲。


晶圆级封装是保证MEMS器件寿命和可靠性的关键技术。TSV 技术经常用于 MEMS 封装。在使用玻璃作为封盖晶圆来制造传感器的情况下,可以利用玻璃通孔来提供穿过玻璃基板的垂直连接。一种利用整个玻璃面板或部分玻璃面板的新型封装基板正在开发中。这些类型的封装基板在光子封装、高性能计算和其他领域都有应用。


10.jpg

玻璃基板系统级封装原型 图源:All About Circuits


玻璃用作芯片嵌入的基板时,具有许多现有晶圆级扇出 (WLFO) 封装技术所没有的优点。玻璃的光滑表面和高尺寸稳定性使得即使在大型面板上也能实现类硅重分布层 (RDL) 布线和类 BEOL I/O,具有超高 I/O 和更低成本的无与伦比的组合。玻璃的 CTE 可以定制,从而可以直接连接到板上。与模塑料相比,玻璃还具有高电阻率、优异的防潮性和高表面光滑度。


芯玻璃 新挑战

玻璃基板的加工面临着巨大的挑战,主要是因为其高耐用性,特别是在通过玻璃通孔技术实现2.5D或3D封装的情况下。在玻璃基板上制造的通孔可以是盲孔或通孔。通孔可以制造成不同的直径和形状。还有其他重要参数,例如通孔的纵横比和锥角。纵横比是通孔直径与通孔深度的关系。锥角是限定通孔开口的角度。高速、高深宽比、侧壁无缺陷和高密度、高产量是一个挑战。由于严格的精度和通孔尺寸要求,这个挑战变得更加复杂。

11.png

12.png

图源:LPKF

通孔的形成对于中介层至关重要。TGV 基板采用激光(激光烧蚀和激光诱导变性)和蚀刻技术相结合制造,激光对玻璃进行了改性,削弱了预定区域的玻璃结构。与周围材料相比,这可以提高这些修改区域的蚀刻速率。这个过程称为激光诱导蚀刻。目前激光改性技术的开发应用欧美日成熟度最高,国内也有部分企业进行此技术工艺的开发,并在取得国际领先。

13.png

图源:vitrion

14.png

图源:Silex Microsystems


TGV微裂纹改善是亟待提升的指标。玻璃掩模各向同性湿法蚀刻不能制造纵横比大于1的微观特征。标准的玻璃激光钻孔通常与低产量和隐藏的微裂纹以及热引起的应力相关,这可能导致成品率损失和/或灾难性故障。 

与传统钻出的微孔相比, 玻璃通孔激光诱导蚀刻制造的玻璃通孔没有微裂纹、碎裂和热应力,并且可以在玻璃上形成盲孔和通孔。除了其优质的 LIDE 处理的玻璃通孔刻痕外,还具有高精度和可重复性。除了一般有益特性外,激光诱导蚀刻技术还可以为玻璃中的通孔形成提供特定的优势,如下:

  • 通孔直径:最小通孔直径为10µm。通常,一个基板上的所有微孔都具有相同的直径。通过多次蚀刻可以得到不同的直径。

  • 纵横比/深宽比:先进的激光加工和蚀刻技术能够创建非常高的纵横比。典型的通孔直径为 20-100μm,通常长宽比在 10: 1范围内,但根据玻璃类型,长宽比也可以高达50:1、70:1甚至100:1

  • 侧壁:生成的微孔侧壁光滑、无裂纹、无碎屑、无应力,可实现可靠的金属化,锥角在0.1°-30°之间。典型的侧壁粗糙度Ra≤0.08μm

  • 通孔形状:制造的微孔通常呈沙漏形状,通过限制蚀刻仅在先前改性的玻璃的一侧进行,可以形成 V 形微孔。


15.png

图源:Ebinadk

同时,玻璃通孔金属化也是很大的挑战性,还有低成本的考虑。以下章节为您带来了全球领先的TGV基板、技术与设备的综合解决方案。

全球TGV基板、技术与设备

目前全球TGV市场份额高度集中,核心技术、高端产品仍掌握着国外先进企业中。据News Channel Nebraska Central 2022年数据,美国是最大的玻璃通孔 (TGV) 晶圆市场,拥有约 46% 的市场份额。欧洲紧随其后,约占25%的市场份额。在玻璃通孔(TGV)晶圆市场的主要参与者中,康宁保持了排名第一的位置。康宁占据全球TGV晶圆产值市场份额的26%。算上康宁,在加上 LPKF、Samtec、Kiso Micro Co.LTD、Tecnisco等,全球前五名厂商占有率超过70%。

16.png

图源:Corning


康宁是玻璃基板全球龙头,172年来一直是玻璃行业的主要参与者。他们以其在特种玻璃、陶瓷和光学物理方面的专业知识而举世闻名。熔融制程为康宁的专利创新技术核心,能为3D IC基板生产出表面极为纯净光滑又平坦且尺寸稳定的玻璃基板。TGV孔径20-100μm,纵横比101。高品质孔洞制程,能在100μm-700μm玻璃上制作通孔和盲孔,盲孔填满金属化用于100-300mm的玻璃晶圆,而通孔金属化用于超500X500mm的玻璃面板

17.jpg

图源:Corning


康宁生产高纯度熔融石英 (HPFS®)、超低膨胀玻璃 (ULE®) 和氟化物晶体等高品质材料,这些材料针对最严酷的激光和辐射暴露水平下的传输和耐用性进行了优化,非常适合半导体的制造过程。康宁尖端的精加工和镀膜技术可最大限度地延长高透射、高反射或部分反射光学器件的光学器件寿命。康宁专注于高端、超精密涂层,并提供各种专有涂层设计,涵盖从深紫外 (DUV) 到红外 (IR) 的全光谱。精加工能力包括传统抛光、专有的超级和豪华抛光、磁流变精加工和离子束蚀刻。 康宁的TGV玻璃晶圆广泛应用于医疗保健、消费电子和通信等各个行业。


德国Schott(肖特)公司在特种玻璃、材料以及先进技术领域拥有131年的行业经验。其广泛面向半导体应用的玻璃品类提供从极薄的30μm到0.5μm的厚度,拥有高透光率、卓越的机械性能/耐热性/耐化学性、高射频性能,非常适合于半导体行业的晶圆级封装。面向晶圆品牌的HermeS是具有密封、实心玻璃通孔,玻璃晶圆基板可实现晶圆级芯片尺寸 (WLCSP) 的超小型化、全密封传感器和 MEMS 器件。极细间距的通孔能够可靠地传导电信号和电力进出 MEMS 器件。由于玻璃具有更高的电阻特性,延长MEMS器件的长期效率。卓越的 RF性能和光学透明度是进一步的优势,比陶瓷封装小 80%,TGV可以直接连接到硅 MEMS。


18.jpg

HermeS® TGV 晶圆为MEMS设备提供封装 图源:Schott


AGC是全球领先的玻璃供应商,可以根据客户要求的图案在薄玻璃基板上制作通孔。可以做到小型化,它使微布线具有优异的平整度、形状稳定性以及玻璃的细通孔;通过玻璃的高绝缘性和低介电损耗角正切,可以实现具有优异高频特性的高速、大容量通信。最适合无碱玻璃且热膨胀系数接近Si的半导体封装以实现高可靠性。它可以支持晶圆以及面板尺寸的高生产率,这使得AGC玻璃在中介层用基板、3D玻璃IPD、MEMS、传感器设备广泛领域中使用。

19.jpg

图源:AGC


Mosaic Microsystems 是一家致力于微电子和光子封装的TGV玻璃厂商。公司可在200μm玻璃上实现直径≤35μm的定制TGV图案、填充、过孔和金属化。公司目前的标准产品集中在30μm的标称通孔直径。标准玻璃包括含CTE匹配硅的无碱玻璃和高纯度熔融石英玻璃产品,是满足下一代半导体封装、RF、MEMs和微流控需求的理想选择。

20.png

图源:Mosaic Microsystems 


Mosaic薄玻璃TGV解决方案的一大优势是能够利用行业标准设备。由于Mosaic采用锥形通孔形状,并结合到载体上,因此TGV非常适合利用工业标准PVD和电镀操作,用于盲通孔形式的无空隙通孔填充。薄而坚固的粘结层提供了在通孔底部实现良好平面性的条件,并且也非常适合于允许用于去除覆盖层和平面化的标准CMP工艺。这导致高质量、完全填充的通孔,为表面金属化做好准备。

21.png

图源:LPKF


LPKF 作为激光加工解决方案的行业领导者,LPKF研发的激光诱导深蚀刻技术(LIDE)是一项在微系统中广泛应用的新技术。终端客户的需求及其业务模式也是随着应用变化而变化。LIDE生产制造系统用于半导体行业,其中Vitrion M 5000 系统是现阶段以及未来采用 LIDE 工艺的半导体封装和应用的生产系统解决方案。 高性能激光系统以无与伦比的精度和速度加工玻璃晶圆,并且不会对玻璃产生任何微裂隙:完美品质的玻璃通孔、嵌入式玻璃晶圆、玻璃空腔盖帽晶圆以及先进封装解决方案。

LPKF最新开发的 TGV工艺将激光加工的精度与玻璃基材的优势结合在一起,兼容面板和晶圆,每秒可加工 5000个穿孔,可加工最大幅面为 510 mm x 510 mm 的玻璃面板或 18英寸的晶圆。目前 LPKF可以批量生产的最小孔径为5μm, 使用的原材料是 50μm厚度的玻璃。

22.png

图源:LPKF

日本印刷株式会社 (DNP) 开发出针对下一代半导体封装的玻璃芯基板 (GCS)。取代了传统的树脂基板(例如FC-BGA)。新开发的GCS包括对玻璃正面和背面配置的精细金属布线进行电连接所需的TGV。新的专有制造方法增强了玻璃与金属之间的粘合力,实现细间距和高可靠性。纵横比为9+,并保持足够的粘合质量以配置精细布线。此外,DNP还正在推动新开发的保形型玻璃基板的可扩展性,使其面板尺寸达到 510 x 515mm。

23.jpg

保形型玻璃基板的横截面 图源:DNP

德国 Plan Optik合作开发了一条高生产率的玻璃通孔(TGV)金属化制造工艺链。这种被称为VLIS(Volume Laser Induced Structuring)的新工艺能够生产高精度TGV,用于玻璃晶圆或显示器基板的先进封装。基板厚度可从25μm-100μm起始,板级可大2200X3000mm。每分钟可以批量蚀刻制备1万个通孔,所得到的通孔对孔精度优于±2μm,并且基板没有微裂纹,通孔内壁光滑,可以均匀金属化。铜中介层的最小孔距等于通孔直径,铜层厚度从1µm开始,非常适合高频应用,例如5G宽带传输、雷达和成像传感器、生物传感器或波束控制网络。Plan Optik目前拥有一条制造玻璃晶圆的现代化生产线,掌握了从晶圆切割和边缘处理到结构化和清洁再到金属化的所有工艺步骤。

24.png

图源:Plan Optik

4JET microtech是一家激光设备公司,新VLIS(体积激光诱导结构)工艺能够制造高精度 TGV,用于玻璃/石英晶圆或显示器基板的高级封装。其选择性蚀刻激光技术的进一步发展为客户带来了重大进步:速度比基于烧蚀的传统机械或激光工艺更快。孔径小至 20µm,灵活定位;清洁工艺,无遮蔽和碎片;可用于最大1500 x800mm 的基材,并与 Plan Optik AG 广泛的工艺链相结合,为完全加工和金属化 TGV 晶圆创建了世界领先的解决方案链。

25.jpg

图源:4JET microtech

Vitrion 是来自LPKF的子品牌,Vitrion 的激光诱导深蚀刻 ( LIDE) 技术能够经济地生产技术玻璃中的深层微观特征。都可以根据客户的规格支持您生产带有微孔的玻璃晶圆和面板,其大幅面板的制造能力可拓展到510x515mm。Vitrion LIDE特点是能够以前所未有的高度经济的加工速度在薄玻璃中创建纵横比 >10: 1的深层结构。TGV 微孔玻璃晶圆玻璃厚度<0.9mm,最小微孔直径10µm,位置精度±5µm。

26.png

图源:vitrion


Samtec是来自美国的电子互连解决方案商,拥有业界唯一经过验证的超高密度玻璃通孔 (TGV) 金属化和气密密封工艺。Samtec的玻璃通孔 (TGV) 支持玻璃核心技术(即玻璃中介层、智能玻璃基板和微结构玻璃基板)。通孔直径最小为40μm,通过位置精度为±5μm,总厚度变化TTV为15μm。支持TGV的玻璃基板允许将玻璃和金属集成到单个晶圆中,而中介层则促进更高效的封装互连和制造周期时间。密封式 TGV 由高品质硼硅酸盐玻璃、熔融石英和蓝宝石制成。通过使用高质量的玻璃晶圆材料,结合先进的互连技术(再分布层),Samtec 的玻璃核心技术实现了一种独一无二的封装产品。

27.png

图源:Samtec


WOP是全球的顶级飞秒激光微加工供应商之一,在飞秒激光微加工方面的专业知识可以提供亚微米级别的超高精度结果,保证为半导体、传感器、MEMS 或电子行业提供高效和创新的解决方案。其生产的TGV晶圆适用于微孔金属化。最小微孔直径可达10 µm,位置精度±3µm,纵横比高达100:1,侧壁RA < 0.08 µm,孔型有通孔(正圆或椭圆)、盲孔(正圆或椭圆)生产定制尺寸和设计的 TGV 微孔晶圆,适合使用任何金属化工艺。提供高表面质量的 TGV 玻璃晶圆,其紧密排列的通孔,在用于生产过程之前无需或只需最少的后处理。

28.png

29.png

图源:WOP


E&R(鈦昇科技)是一家先进的激光创新提供商,多年来致力于将自主研发的加速光学解决方案(ACES)与先进的激光技术相结合,为玻璃基板提供整体解决方案,包括TGV、激光玻璃抛光和多光束路径激光切割玻璃解决方案。E&R的TGV工具全自动机器可以处理尺寸高达600x600mm、厚度高达1,100um的玻璃面板,同时实现10:1的良好纵横比。通孔直径可控制在50um至200um,侧壁无缺陷,蚀刻后粗糙度可达到≤1um。目前,E&R可以实现每秒 600 至 1,000 个通孔的随机图案布局,同时保持 5 um -3 sigma 的精度。


30.png

图源:E&R


日本KOTO(江东电气集团)是一家电镀设备公司。针对湿法电镀工艺可用于晶圆和面板。可用尺寸:晶圆≤12",面板≤500mmx500mm。湿法电镀工艺不需要对玻璃表面进行蚀刻,因此可以保持玻璃的光滑度并可以形成精细的图案。湿式电镀工艺能够在各种 TGV 形状上一次性形成金属膜。即使在高纵横比的TGV内部也可以形成强导电膜,这是干法工艺难以实现的。由于湿法电镀工艺不需要蚀刻,因此可以在玻璃管等特殊形状材料的内表面和/或外表面上形成导电和/或反射膜。


31.png

32.png

图源:KOTO

针对酸性蚀刻难题(工艺选择性低,无法实现高纵横比并导致更高的锥角),RENA 提供基于碱性介质的优化高选择性蚀刻工艺。RENA 蚀刻工艺可以保持非常高的选择性并缩短工艺时间。其BatchGlass LF HTX 是一种用于玻璃基板的半自动湿法加工工具。该工具可容纳从小尺寸晶圆到 600 x 600 毫米大型面板的基板。在批量处理中,可以对最大 600 x 600 毫米的面板进行蚀刻、清洁和干燥。在特殊条件下进行蚀刻可以实现非常高的蚀刻选择性。RENA 提供特殊的预清洗和后清洗程序,可对蚀刻基材进行调节并在蚀刻后进行强化清洗。

33.jpg

图源:RENA 


Kiso Micro Co.LTD是一家来自日本的玻璃微加工公司,成立仅三年。公司现有石英玻璃基板上的细间距通孔形成和金属填充技术,TGV的开口直径为40μm,TGV间距150μm,能够达到无微裂纹的玻璃过孔、无空隙填充的玻璃过孔金属、玻璃和金属顶面的高平整度,适用于5G高频段的低传输损耗基板、高密度倒装芯片填充板、MEMS/传感器基板。

34.jpg

喷砂+湿法腐蚀工艺制作过孔 图源:Kiso Micro Co.LTD


3D Glass Solutions (3DGS)是一家微结构零件制造商,利用半导体光刻技术获得专利的 APEX®Glass ,通过提供制造工艺来创建具有行业领先的电气再分配能力的小型、密集封装通孔阵列,从而克服了与传统封装材料相关的许多限制利用非机械化学蚀刻来实现TGV质量,最大限度地减少激光烧蚀和超声波铣削在工艺中引入的问题,例如结构完整性。纵横比高达 10:1。玻璃通孔直径小至 30 µm,边到边间距小至 10 µm,在无源元件设计中使用空气可以在高频(>1 GHz)下实现非常高性能。APEX® Glass 可在单一材料平台上实现最高水平的系统集成,客户可以将传感器、MEMS、逻辑、存储器和无源器件集成到单一电子封装中。 


35.png

图源:3DGS


TECNISCO是精密部件加工服务提供商。现有技术Cross Edge®是一种产品制造过程中两种或多种不同工艺的组合,如切削、刨削、抛光、金属化和接合,应用在TGV三维晶圆级封装 (WLP) 使其成为半导体小型化的理想选择,标准规格下最小厚度为300μm,最小通孔直径150μmm,最大纵横比5:1


36.jpg

图源:Tecnisco


Fraunhofer IZM 开发了一种 TGV Cu-ECD 工艺来生成气密填充通孔,这是一种低成本工艺,无需 CMP 和研磨步骤。所有工艺均使用适用于 200/300 mm 晶圆的领先的、行业兼容的工艺设备进行。300 µm 厚的玻璃基板中的通孔直径小至 50 µm,通过金属化实现低应力保形,采用高深宽比晶种层溅射的 SAP 金属化或安美特化学镀铜金属化,密封通孔金属化(经过氦泄漏测试)。


37.png

图源:Fraunhofer IZM


对于玻璃中介层的金属化, 作为薄膜技术的全球领导者 Evatec 推出 CLUSTERLINE® 200 及其 HIPIMS 工艺腔体可实现 TGV 的金属化和其他具有高深宽比的材料特性。系统配备了用于衬底预处理的 ICP 刻蚀模块和用于钛和铜膜沉积的两个 HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)腔体,还集成了脱气和冷却模块。根据不同的要求加工具有不同通孔形状的通孔或盲孔的玻璃晶圆,并可以有效降低成本。

38.jpg

图源:Evatec


中国大陆TGV进展


厦门云天半导体以创新微系统集成技术推动半导体产业发展为公司使命,公司成功开发了先进TGV激光刻蚀技术,面向应用MEMS、Fluidic、PCR、Inkjet、CPO。基于玻璃成孔理论研究和工程实践,公司可以在50~500um厚的玻璃上形成孔径7um的玻璃通孔/盲孔,通孔可以做到深宽比70:1,锥度可达90°,具有较好的表面和孔内粗糙度、孔型圆度。

39.png

图源:厦门云天


厦门云天半导体TGV技术无需制作绝缘层,降低了工艺复杂度和加工成本,是理想的三维集成解决方案。在TGV转接板方面,深宽比达到10:1,最细线宽为1.5um,转接板面积达2700mm²,提供埋入模塑料和嵌入玻璃的晶圆级扇出封装,可满足射频、光通讯、毫米波等领域应用(频率覆盖24GHz、44GHz、77GHz、94GHz以及3D AiP技术),已经入小批量生产阶段,可定制化系统集成需求。厦门云天在TGV方面开发了3D IPD,毫米波天线技术,性能可靠性通过客户认证,开始批量生产。


沃格光电是国内玻璃基领先企业。是国内少数掌握TGV技术的厂家之一,具备行业领先的玻璃薄化、TGV、溅射铜(镀铜铜厚可达7μm)以及微电路图形化技术,拥有玻璃基巨量微米级通孔的能力,最小孔径可至10μm,厚度最薄50μm,线宽线距小至8μm。公司在芯片板级封装载板领域进行研发布局,已攻克封装载板技术难点,目前部分产品已通过客户验证开始小批量生产。TGV技术和产品的应用主要涉及AI算力(2.5D/3D先进封装)、射频、光通讯、系统级玻璃基封装载板、Mini/Micro LED玻璃基封装载板、微流控等。

40.jpg

图源:沃格光电


湖北通格微是沃格光电与湖北天门高新投资开发集团共同出资设立,并投资建设年产100万平米芯片板级封装载板产业园项目,该项目将充分利用沃格光电玻璃薄化、TGV、溅射铜以及微电路图形化技术。预计2023年底形成年产百万平米的规模产能,规划总产能500万平方米。


成都迈科是电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成果转化企业,其核心技术TGV3.0率先突破超高深径比通孔技术难题(最小通孔<7μm,纵横比>50:1)和开发的适用于深孔填充的电镀液和无空洞的深孔实心金属化技术。公司在东莞松山湖建立TGV基板与三维集成封装中试线,预计年产能约7万片,年产值可达2至3亿元。并参与组建“集成电路与半导体特色工艺战略科学家团队”,成为国内具有显著特色和优势的TGV研发与生产基地。迈科科技已形成TGV工艺服务、3D玻璃和TGV特色工艺装备体系,主要应用在先进三维系统封装、高Q微波/THz器件、光学/射频MEMS、微流控芯片等领域,已经为中国电科、肖特玻璃、华为、康佳光电、京东方等龙头企业供货。

41.png

图源:成都迈科


三叠纪(广东)科技有限公司是成都迈科全资子公司,立足后摩尔时代三维集成微系统关键材料与集成技术TGV3.0,首次突破亚10μm通孔和填充,被鉴定为“整体国际先进,其中通孔尺寸、孔密度和深径比国际领先”,已在三维封装、无源集成器件和3D微结构玻璃等方面推广应用。


五方光电是国内优秀的光学滤光片制造商之一,已具备TGV产品批量交付能力,已导入全自动超短脉冲飞秒激光设备,搭配全自动高精度腐蚀清洗线使用,可加工晶圆尺寸覆盖4”、6”、8”等,具备石英、硼硅、铝硅、钠钙等不同玻璃基材的加工能力。同时在玻璃晶圆成孔圆度、正反面同心度、通孔锥度、通孔间距、最大深宽比、通孔尺寸公差、通孔内微裂纹、微孔一致性等方面具有显著优势。


赛微电子是全球领先的MEMS芯片专业制造,公司旗下代工厂掌握了国际领先的玻璃通孔MetVia®TGV ,在先进的三维集成电路中实现多层芯片之间的互联,能够在三维方向使得堆叠度最大而外形尺寸最小,提升芯片速度和低功耗性能。

大族半导体拥有多年对玻璃的超快激光精密加工经验,结合飞秒激光电子动态调控基本原理与技术,大族半导体成功研制出激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP),验证解决了在深径比(基板厚度/孔径)大的基材上加工微孔的问题。实现各种尺寸盲孔、异形孔、圆锥孔制备。并率先在国内客户验证并成功实现量产。

42.png

图源:大族半导体

帝尔激光是激光加工综合解决方案商,拥有TGV激光微孔设备通过精密控制系统及激光改质技术,实现对不同材质的玻璃基板进行微孔、微槽加工,为后续的金属化工艺实现提供条件,应用在半导体芯片封装、显示芯片封装等。同时支持石英、硼硅、钠钙、铝硅等多种不同玻璃材质,可根据需求在基板上实现圆孔、方孔、埋孔、通孔以及微槽等多形态工艺。径深比高达50:1,最小孔径≤10µm。

43.png

图源:帝尔激光

苏州甫一电子采用高精度微孔加工技术与复合电铸技术相结合,实现 TGV 转接板的高良率加工,可实现电子器件的高密度、小型化封装。其TGV采用精密机械加工和半导体技术进行玻璃材质的微纳孔及微纳米通道制备深宽比为20:1,基板厚度从200μm,布线厚度10-20μm。

44.png

图源:甫一电子

蓝特光学是精密光学综合解决方案,主要产品包括精密光学器件、光学镜头和光学系统。率先对TGV项目产业化,面向半导体三维封装的通孔晶圆(TGV)可实现通孔间距50-150μm,最小孔径20μm,最大深宽比10:1

45.jpg

图源:蓝特光学

苏州森丸电子是一家半导体领域技术开发与服务的高科技企业。公司目前具备全套高深宽比(10:1)填孔工艺及研发能力,包括激光改性、湿法开孔、高覆盖率种子层溅射、通/盲孔金属填充、CMP平坦化等核心技术。森丸团队采用激光改性加湿法化学工艺完成高效快速、高密度间距、小尺寸无损伤成孔。森丸电子技术团队通过不断试错并积累大量DOE验证经验,针对石英玻璃晶圆、普通高硼硅玻璃晶圆,在玻璃晶圆成孔圆度、点间距位置公差精度、孔内壁粗糙度、孔径比、孔内微裂纹、爆震、巨量微孔一致性等问题方面展开深入研究并取得重大突破。

46.png

图源:苏州森丸电子

来源:文章来源于未来半导体,作者齐道长

注:文内信息仅为提供分享交流渠道,不代表本公众号观点


电话:+86 028 65494612
地址:四川省成都市郫都区天欣路13号(一带一校培育基地)

Copyright @ 2021 成都迈科科技有限公司  All rights reserved


蜀ICP备2022017536号

产品系列

网站导航

扫描关注公众号

技术支持: 聚成网络科技 | 管理登录
seo seo