تقنيات TSV وTGV: المفاتيح لفتح عصر جديد من التغليف ثلاثي الأبعاد

تكنولوجيا التعبئة والتغليف, باعتبارها واحدة من العمليات الأساسية في صناعة أشباه الموصلات, وقد شهد اتجاه التصغير, عالية الكثافة, ومتعددة الوظائف في المنتجات الإلكترونية. من التغليف عبر الفتحات إلى التغليف المثبت على السطح, ثم إلى BGA, CSP, المجلس الاعلى للقضاة, مليون متر مكعب, WLP, 3التعبئة والتغليف د, و رشفة, لقد أدى كل تقدم في تكنولوجيا التعبئة والتغليف إلى تحقيق قفزات كبيرة في المنتجات الإلكترونية. ومن بين تقنيات التعبئة والتغليف هذه, من خلال السيليكون عبر (TSV) ومن خلال الزجاج عبر (تي جي في) تعد التقنيات بلا شك المفتاحين الرئيسيين لفتح عصر جديد من التغليف ثلاثي الأبعاد.

3د التغليف: النماذج وطرق الربط

3يتم تصنيف التغليف D بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: نوع مدفون, نوع الركيزة النشطة, ونوع مكدسة. يقوم النوع المدفون بدفن الأجهزة داخل أسلاك متعددة الطبقات أو داخل الركيزة. يقوم نوع الركيزة النشطة أولاً بدمج المكونات مع ركيزة الرقاقة لتكوين ركيزة نشطة, ومن ثم يرتب الترابط متعدد الطبقات. يتضمن النوع المكدس تكديس رقائق أو رقائق السيليكون. 3د- طرق التوصيل البيني تشمل ربط الأسلاك, الوجه رقاقة, TSV, والموصلات ذات الأغشية الرقيقة. فيما بينها, يتيح TSV التوصيل البيني العمودي بين الرقائق, بمثابة تكنولوجيا حاسمة لتحقيق التصغير, عالية الكثافة, عالية الأداء, ومتعددة الوظائف في عبوات ذات هيكل غير متجانس.

تقنية تي اس في: العمليات وتدفق التصنيع

تقوم تقنية TSV بإنشاء مسارات إشارة عمودية عبر الركيزة, ربط RDL (طبقة إعادة التوزيع) في الجزء العلوي والسفلي من الركيزة, تشكيل مسار موصل ثلاثي الأبعاد. بناءً على التسلسل مع نهاية الخط الأمامي (لحمة) والنهاية الخلفية للسطر (بيول) العمليات, يمكن تقسيم عمليات TSV إلى ثلاثة تدفقات تصنيع رئيسية: فيافيرست, فياميدل, و فيالاست.

عبر عملية النقش

تعد عملية الحفر أمرًا بالغ الأهمية لتصنيع هياكل TSV. حالياً, هناك أربع عمليات النقش السائدة: النقش الأيوني التفاعلي العميق (ثلاثة), النقش الرطب, النقش الكهروكيميائي بمساعدة الصور (سلام), والحفر بالليزر.

ثلاثة

عملية حفر TSV الأكثر استخدامًا لتحقيق نسبة عرض إلى ارتفاع عالية عبر الهياكل. عملية بوش, نسخة محسنة من DRIE, يستخدم غازات SF6 وC4F8 لحماية التخميل الجانبي, مناسبة لحفر فيا ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية. لكن, تؤدي عمليات DRIE إلى ضعف سلاسة الجدار الجانبي, تشكيل عيوب على شكل أسقلوب.

النقش الرطب

يجمع بين القناع والنقش الكيميائي, مما يجعل العملية بسيطة ومناسبة للإنتاج الضخم منخفض التكلفة. لكن, بسبب تأثير التوجه البلوري لرقاقة السيليكون, المنافذ المحفورة ليست عمودية, الحد من تطبيقه.

سلام

يستخدم الضوء فوق البنفسجي لتسريع توليد أزواج ثقب الإلكترون, تسريع عملية النقش الكهروكيميائي, مناسبة لحفر نسبة العرض إلى الارتفاع العالية جدًا عبر الهياكل, ولكن مع إمكانية التحكم في عمق الحفر بشكل أضعف.

حفر الليزر

تستخدم أشعة الليزر عالية الطاقة لإذابة وتبخير المواد في المنطقة المحددة, تشكيل نسبة العرض إلى الارتفاع عالية, فيا الجدار الجانبي عموديا, لكن جدران الثقب تكون عرضة للضرر الحراري الذي يؤثر على الموثوقية.

عملية ترسيب الخطوط الملاحية المنتظمة

يتم تنفيذ عملية ترسيب الخطوط الملاحية المنتظمة بعد ذلك عن طريق النقش. الطبقة الملاحية المنتظمة, عادة أكسيد مثل SiO2, يعمل على عزل تسرب التيار المباشر. يجب أن تلبي عملية الترسيب متطلبات جهد الانهيار للطبقة العازلة وتضمن الاتساق القوي والالتصاق الجيد بين الطبقات.

بيكفد

يستخدم لترسيب SiO2 أو SiNx كطبقة عازلة, مناسبة لعمليات ViaMiddle وViaLast, ضمان التوافق مع مواد BEOL.

ألد

يترسب Al2O3 للحصول على طبقة عازلة أكثر كثافة.

عملية تعبئة المعادن

تحدد عملية تعبئة TSV جودة TSV, مع كون النحاس المطلي هو المادة السائدة. استنادا إلى الاختلافات في توزيع معدل الطلاء الكهربائي, ويمكن تقسيمها إلى شبه المطابقة, امتثالي, فائقة المطابقة, وطرق الطلاء الكهربائي من أسفل إلى أعلى.

الطلاء الكهربائي المطابق

يضمن تجديد موحد لأيونات النحاس, جعل معدل الطلاء الكهربائي ثابتًا بشكل أساسي في جميع المواضع داخل الممر, ترك التماس واحد فقط في الداخل.

طلاء كهربائي فائق المطابقة

من خلال التحكم في توريد أيونات النحاس, معدل التعبئة السفلي أعلى قليلاً من المواضع الأخرى, القضاء على طبقات وتحقيق ملء خالية من الفراغات.

الطلاء الكهربائي من أسفل إلى أعلى

يتم قمع معدل الطلاء الكهربائي إلى الصفر إلا في الجزء السفلي, الطلاء الكهربائي تدريجياً من الأسفل إلى الأعلى, تقليل وقت الطلاء الكهربائي.

تكنولوجيا عملية RDL

تعد تقنية RDL تقنية أساسية أساسية في التغليف ثلاثي الأبعاد, تستخدم لإنشاء وصلات معدنية لإعادة تعيين المنفذ أو التوصيل البيني بين الحزم. هناك نوعان من عمليات RDL السائدة: على أساس البوليمرات الحساسة للضوء والنحاس الدمشقي.

عملية RDL تعتمد على البوليمرات الحساسة للضوء

يشتمل على طلاء PI أو راتنج BCB, الطباعة الحجرية الضوئية, النقش, ترسيب PVD لطبقات حاجز/بذور Ti/Cu, والجمع بين الطباعة الحجرية الضوئية والطلاء الكهربائي بالنحاس لتصنيع RDL.

بالعملية الدمشقية

يقوم أولاً بترسيب SiO2 أو Si3N4 كطبقة عازلة, يشكل النوافذ من خلال الطباعة الحجرية الضوئية والنقش, رذاذ Ti/Cu, ويستخدم CMP لتقليل السمك المطلوب.

عملية IPD وتقنية TGV: مسار جديد للأجهزة السلبية ثلاثية الأبعاد

الجهاز السلبي المتكامل (IPD) تشكل العملية مكتبة من الأجهزة السلبية التي يمكن استدعاؤها حسب الحاجة عن طريق دمج الأجهزة السلبية في ركيزة منفصلة. تقدم IPD مزايا التكلفة المنخفضة والمرونة العالية, مناسبة بشكل خاص لتصنيع الأجهزة السلبية TSV 3D. يمكن لـ IPD استخدام مواد ركيزة مختلفة, بما في ذلك سي, الجاليوم, السيراميك Al2O3, ركائز زجاجية, إلخ., توسيع مرونة التصميم.

3تظهر المحاثات D المصنعة بناءً على عمليات IPD وTGV خصائص عزل فائقة بسبب المقاومة العالية للركائز الزجاجية مقارنة بمواد أشباه الموصلات التقليدية, مما أدى إلى انخفاض فقدان الإدراج. بالإضافة إلى ذلك, يمكن تصنيع مكثفات MIM على IPDs ذات الركيزة الزجاجية, مترابطة مع محاثات TGV 3D لتشكيل هياكل مرشح سلبي ثلاثية الأبعاد.

خاتمة

كتقنيات رئيسية في التغليف ثلاثي الأبعاد, لم تكن تقنيات TSV وTGV هي الدافع وراء الابتكارات في تكنولوجيا تعبئة أشباه الموصلات فحسب، بل قدمت أيضًا دعمًا قويًا للتصغير, عالية الكثافة, والأداء العالي للمنتجات الإلكترونية. مع التطور التكنولوجي المستمر, سوف تلعب TSV وTGV دورًا متزايد الأهمية في المنتجات الإلكترونية المستقبلية, إيذانا ببدء حقبة جديدة من التغليف ثلاثي الأبعاد. من خلال الاستكشاف والابتكار المستمر, لدينا سبب للاعتقاد بأن تقنيات TSV وTGV ستجعل البشر أكثر ذكاءً, أكثر ملاءمة, وأسلوب حياة إلكتروني فعال.