Een artikel om 3D-verpakking te begrijpen via glas via (TGV) verwerkingstechnologie

"Meer dan Moore" maakt gebruik van3D -stapelIn te schakelenHeterogene integratieVan meerdere chips doorIn het vlak en verticale onderlinge verbindingen, In dienstIntegratie op systeemniveauStrategieën om aanzienlijk te verbeterenFactor -efficiëntie vormen. Verticale interconnect -technologie breidt dimensionale schaalvoordelen uit langs deZ-as, Het besturen van continue vorderingen inIntegratie op systeemniveau. ​Via een technologie via technologie, Geïmplementeerd viaInterposer-gebaseerde via-eerste benaderingen, Staat als een van de meest veelbelovende 3D -interconnectie -oplossingen en is eenWereldwijde onderzoeksfocusIn geavanceerde verpakkingen.

Historisch gezienGlazen substratenGeconfronteerd met uitdagingen bij het bereiken vanGatkwaliteit(Bijv. Via geometrie, oppervlakteruwheid) die deBetrouwbaarheidseisenVan ontwerpers en eindgebruikers, die een kritisch knelpunt vormen voorGlas-door-Via (TGV)Adoptie in geavanceerde verpakkingen. VoorGieterijen, Deze technologie vereist nog steeds substantiële vooruitgang in:

1. Uniformiteitscontrole voorHigh-Apport-Ratio (AR> 50: 1) Vias​
2. Optimalisatie vanGlas-metaal interface hechting​
3. Beperken vanThermische mechanische stressTijdens de fabricage

Te bereikenStructurering met hoge dichtheid, zeer nauwkeurige structurering, Uitgebreid onderzoek is uitgevoerd naar geavanceerde methoden, waaronder:

1. ​Mechanische micromachining: Schakelt Micron-schaal in via patronen
2. ​Glazen reflow: Maskerloze patronen via oppervlaktespanningsgestuurde hervorming
3. ​Gerichte ontslag: Plasma -ets voor verbeterde resolutie
4. ​UV-schakeloos fotoresistisch glas: Selectief etsen door fotolithografie
5. ​Laserablatie: Non-contact boren met sub-micron precisie
6. ​Laser-geïnduceerde processen: Selectieve metallisatie en oppervlaktemodificatie

Systematische classificatie en analyse van micromachining -technologieën:​

1. ​Mechanische micromachining​
   Mechanische micromachining vertegenwoordigt de meest conventionele en directe fabricagemethode, die micro-snijgereedschap of schurende middelen gebruiken om blootgestelde materiaalgebieden uit werkstukken te verwijderen. Het wordt algemeen erkend dat brosse materialen vertonenDuctiele stroomIn plaats vanBrosse breukWanneer de snijdiepte aanzienlijk onder de kritieke drempel blijft
   1

   3
   . Geïnspireerd door dit vervormingsmechanisme, zijn verschillende door ductiele gedomineerde micromachining-technieken ontwikkeld, waaronderMicro-draaiend,,Frezen,,Boren, EnMicro-grind, Samen met hun hybride combinaties. Deze methoden maken de productie van precisieglascomponenten mogelijk met geminimaliseerde oppervlakte/ondergrondse schade.

​Schuurvaartmacheling (AJM)​
Als een kosteneffectieve AJM-variant maakt de schurende jetbewerking gebruik van schuurstrookjes met hoge snelheid (50-100 m/s) om harde materialen te eroderen door impactmechanismen. Het proces gebruiktMicro-branden(5-50 μm) meegevoerd in gas/waterstralen, met voordelen zoals:

• Verminderde contactkrachten (<10 n)
• Minimale thermische vervorming (<50 ° C)
• Compatibiliteit met Si, Glass, Al₂o₃ en composieten

​Belangrijkste procesparameters:​

​Masker-gebaseerde AJM-implementatie​
Om een ​​resolutie van de Sub-10 μm te bereiken, hebben onderzoekers een tweetraps AJM-proces overgenomen:

1. ​SU-8 fotoresistische maskering: Gedrag via UV -lithografie (365 nm blootstelling)
2. ​Al₂o₃ schurend jet etsen:
   • Procesparameters: 0,5 MPa -druk, 45 ° incidentiehoek
   • Bereikte TGV -diameter: 600 μm (± 5% uniformiteit)
   • Substraat: 500 μm dikke pyrex 7740 glas

​Prestatiebeperkingen (Fig. X):​

• ​Diameter variabiliteit: ± 8% afwijking als gevolg van jetafbuigeffecten
• ​Oppervlakteruwheid: Ra> 100 nm bij via ingangen
• ​Edge -rollover: 20-30 μm laterale overcut op kruispunten

Zoals geïllustreerd in de volgende figuren, vertoont mechanische micromachining inferieure TGV-consistentie in vergelijking met lasergebaseerde methoden. De waargenomen dimensionale fluctuaties (σ> 15 μm) en profielonregelmatigheden kunnen de signaalintegriteit afbreken door:

• Verhoogde parasitaire capaciteit (> 15%)
• Capaciteitsspanning (CV) hysteresis
• Elektromigratie -gevoeligheid

Deze analyse sluit aan bij de bevindingen van Sematech over door middel van glas via betrouwbaarheid in 3D-verpakkingstoepassingen.

​
Ultrasone trillingen verbetert de werkingsefficiëntie door mogelijk te makenOpgesteld tipgereedschapOm te interageren met schurende deeltjes onder hoogfrequente oscillatie. Hoge energie schuurlijke korrels (bijv. 1 μm SIC) beïnvloeden het glazen substraat, versnellen via formatie terwijl het hoger wordt bereiktBeeldverhoudingen(Diepte-tot-diameter).

​Case study (Fig. X):​

• ​Gereedschapsontwerp: Aangepaste roestvrijstalen gereedschap met 6 × 6 vierkante getailleerde tips
• ​Procesparameters:
  • Schuurmiddel: 1 μm SIC -deeltjes
  • Substraat: 1,1 mm dik glas
  • Uitgang: 260 μm x 270 μm taps toelopend vierkant via
  • Aspectverhouding: 5: 1 (gemiddelde diepte/diameter)
  • Etch -snelheid: 6 μm/s
  • Doorvoer: ~ 4 minuten per via

Beperkingen en optimalisatie:​
Terwijl multi-tip tooling de arraydichtheid verhoogt (bijv. 10 × 10 arrays), blijven de praktische efficiëntiewinst beperkt door:

1. ​Botsingsdynamiek: Tip Overlapping veroorzaakt interferentie tijdens ultrasone trillingen
2. ​Schuurgebruik: Deeltjesafwerpen vermindert een effectieve levensduur
3. ​Thermisch beheer: Cumulatieve wrijvingswarmte bij hoge frequenties (> 20 kHz)

Deze benadering bereikt ~ 300 Vias/uur met een dimensionale consistentie van 85% (σ <5 μm), wat het conventionele AJM met 4 × in snelheid overtreft maar beperkt door de complexiteit van het gereedschap. Voor toepassingen met high-throughput worden hybride systemen die ultrasone agitatie combineren met laserondersteunde focussering onderzocht om deze knelpunten te verminderen.