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新质生产力在社区丨三叠纪:国内玻璃通孔技术的倡导者与引领者

社区有品


在刚刚推出的社区2023年度产品发布会,13家新质生产力企业,正式将一系列极具领先性、原创性、颠覆性的重磅科技产品推上舞台。

现在,就让我们邀请这些创业家和企业家,以技术的高度和市场化的语言,为大家道出这些“高精尖”产品的领先科技与行业未来。

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怎样让无机的玻璃传导电流

怎样让脆硬的玻璃肆意弯折

玻璃通孔技术正是答案


本期【社区有品·发现新质生产力】专栏

将来到三叠纪(广东)科技有限公司

带您了解玻璃通孔技术发展、应用与展望



走进“TGV3.0”

(全文)



各位领导、嘉宾、各位朋友,大家好!我是三叠纪(广东)科技有限公司的创始人、董事长,张继华,我们立足后摩尔时代三维集成微系统关键材料与集成技术,在行业内率先提出玻璃通孔技术TGV3.0,首次突破亚10微米通孔和填充技术——简单来讲,就是用玻璃构建三维集成电路的,并且全国甚至于全球领先实现的。

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可能会有人问了,为什么你们一家做封装基板的公司要叫“三叠纪”?第一,它可以理解为3D Chip(三维芯片)发音的中文谐音;第二,三叠纪的得名,是因为最早发现的这一年代地层是由三层岩石堆叠而成,这和我们的产品形态类似;第三,三叠纪是第二次生命大爆发的时代,几乎塑造了今天的地球生物格局,我们也希望我们的玻璃通孔填充技术,能够塑造、引领一个集成电路新时代,对未来智能手机、物联网、汽车电子、高性能计算、人工智能等新兴领域,带来颠覆性的创新和重塑。


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回到我们的主业,玻璃通孔技术是什么?这是我们的核心技术,行业内叫他TGV——Through Glass Vias,大家可以简单理解为在玻璃上打孔、填充和上下互联。这个孔的直径最小能到7微米,大致相当于头发的十分之一。也就是说,我们能在一块指甲盖那么大的地方打100万个一模一样、规则排列的孔,再用金属铜填充、进行布线和堆叠。这样一加工以后,玻璃还是玻璃,但是它已经变成具有复杂功能的电子材料了。

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想要打那么小而圆整,并无崩边、无裂纹、垂直的小孔是非常难的,填孔也没想象当中那么简单。但是我们做到了,2022年中,我们开发出深径比50:1的通孔实心铜填充技术,可以实现每平方厘米约100万孔的超高密度垂直互联,通孔良率超99.9%,并且可实现4层玻璃基板的三维堆叠

可能不少人在想,虽然我听不懂,但是看上去好像很厉害的样子,它有什么用呢?这就得说一说玻璃通孔填充互连技术的应用了。

我打个比方。比如说我家宅基地就那么大,以前生活设施简单、人也不多,2间小平房也勉强够了。现在家里人口多了,需要的房间多了,还想要淋浴房、健身房,最好还能有大阳台、小花园。怎么办,面积只有这么大?对,那就盖楼房。

三维封装就是充分利用立体的空间,搭起元器件的高楼大厦。

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那么,我们现在要建好高楼,玻璃基板就是高楼的楼板。该怎么让水电气上楼呢?就需要垂直互连。以前我们会用硅通孔或者陶瓷通孔,但这两个方法都有各自的缺点。而现在我们采用的玻璃通孔技术不仅可以有效避免硅通孔技术(TSV)的高频损耗问题,集成度也比陶瓷通孔技术(TCV)高1~2个量级,还因为减少了铜填充前的氧化层和阻挡层制作这两道工序,工艺难度和加工成本大幅降低。高射频性能、高集成度、高效率、低成本,玻璃通孔技术TGV就这样成为了理想的射频微系统三维集成解决方案。

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这么好用的玻璃通孔技术为什么还没有普及开来?因为难,对,它很难。

最早我们团队大约从2008年就开始从事玻璃通孔技术的研究,第一代TGV,是用高功率激光在玻璃上熔蚀出100微米级的通孔,它验证了技术上的可行性,但打出来的孔,洞口会出现类似火山口的堆积,与硅通孔或者陶瓷通孔相比优势不明显。后来研制出了TGV2.0,用特殊波长光刻光敏性玻璃,孔径可缩小到35微米,但大批量生产良率低,并且我们希望在普通玻璃上也能实现类似的通孔。经过一段时间的研发,我们提出了TGV3.0,首次突破亚10微米通孔和填充技术,不仅实现了能在玻璃上打孔,还做到了全金属垂直互联。不谦虚地说,我们的玻璃通孔技术目前在国内是数一数二的,通孔尺寸、孔密度和深径比这些指标性能上,说句国际领先也毫不过分。

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技术上国际领先了,下一步我们可以做什么?

比如,折叠屏手机大家都不陌生,折叠屏显示模组的背板,以前主要是用钛合金、不锈钢和碳纤维这些材料做成的。如果用玻璃替换,重量大概只有钛合金的1/4,可折叠性能还会更好。通过玻璃通孔等一系列加工改性的工艺,原本不可折叠的玻璃就可以变成可折叠的玻璃,而且可选厚度范围更宽、平整度也更好。我们现在是德国肖特UTG玻璃全球唯一的战略合作伙伴,用玻璃基板做出来的折叠屏显示背板可折叠至少20万次,折叠半径小于1毫米,完全满足了使用需求。

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比如微流控芯片,它是在一块几平方厘米的芯片上实现从样品制备到反应、分离和检测等功能,具有集成性、高通量、检测快速、操作便利、所需样本量少、低能耗、低成本等优点。我们这款微流控芯片,可以在一个芯片上实现200万个通孔,而且每个孔径的差距不会大于1微米,没有崩边、没有毛刺,可以实现极小尺度的物理筛选,比如细胞、雾化气流等等,可以说是“指尖上的实验室”。9.png

另外,最让我们三叠纪自豪的是,我们的玻璃通孔技术在原子钟方面也得到了应用。原子钟的特点就是记时非常精准,比如说铯原子钟每2000万年才相差1秒,但是传统的原子钟普遍体积大、功耗高;利用玻璃通孔技术制作的碱金属原子气室,实现原子钟从几立方米到1立方厘米的巨大突破。原本这种原子钟气室只有日本能提供,不仅成本高、周期长,而且断供风险大;现在有了我们TGV3.0,用四块玻璃键合形成的原子钟气室,实现国产替代指日可待。

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这些都还只是我们TGV3.0的一部分应用,三叠纪还将会不断挑战新的难度、新的应用领域。小高层已经建好,水电气网已经上楼,作为国内玻璃通孔技术的倡导者与引领者,我们希望能够成为先进封装技术的领头羊,和更多志同道合的朋友一起,让属于中国的技术引领全球。

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