Ένα άρθρο για την κατανόηση της 3D συσκευασίας μέσω του γυαλιού μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας (TGV)
Ένα άρθρο για την κατανόηση της 3D συσκευασίας μέσω του γυαλιού μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας (TGV)
2025-05-22
Ένα άρθρο για την κατανόηση της συσκευασίας 3D μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας γυαλιού μέσω (TGV)
"More than Moore" αξιοποιεί 3D stacking για να επιτρέψει ετερογενή ολοκλήρωση πολλαπλών τσιπ μέσω ενδο-επίπεδων και κάθετων διασυνδέσεων, χρησιμοποιώντας ολοκλήρωση σε επίπεδο συστήματος για να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του συντελεστή μορφής. Η κάθετη τεχνολογία διασύνδεσης επεκτείνει τη διαστατική κλιμάκωση κατά τον άξονα z, οδηγώντας σε συνεχείς εξελίξεις στην ολοκλήρωση σε επίπεδο συστήματος. Η τεχνολογία μέσω-διασύνδεσης, που υλοποιείται μέσω προσεγγίσεων μέσω-διασύνδεσης πρώτα, αποτελεί μία από τις πιο ελπιδοφόρες λύσεις 3D διασύνδεσης και έχει γίνει ένα παγκόσμιο ερευνητικό επίκεντρο στην προηγμένη συσκευασία.
Ιστορικά, υποστρώματα γυαλιού αντιμετώπισαν προκλήσεις στην επίτευξη ποιότητας οπής (π.χ., γεωμετρία οπής, τραχύτητα επιφάνειας) που πληρούσαν τις απαιτήσεις αξιοπιστίας των σχεδιαστών και των τελικών χρηστών, θέτοντας ένα κρίσιμο εμπόδιο για την υιοθέτηση glass-through-via (TGV) στην προηγμένη συσκευασία. Για foundries, αυτή η τεχνολογία απαιτεί ακόμα σημαντική πρόοδο σε:
Έλεγχος ομοιομορφίας για οπές υψηλής αναλογίας (AR > 50:1)
Βελτιστοποίηση της πρόσφυσης διεπαφής γυαλιού-μετάλλου
Μείωση της θερμικής-μηχανικής καταπόνησης κατά την κατασκευή
Για την επίτευξη δομής γυαλιού υψηλής πυκνότητας, υψηλής ακρίβειας, έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα σε προηγμένες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένων:
Μηχανική μικροκατεργασία: Επιτρέπει τη δημιουργία μοτίβων οπών σε κλίμακα μικρομέτρων
Ροή γυαλιού: Δημιουργία μοτίβων χωρίς μάσκα μέσω επανασχηματισμού που οδηγείται από την επιφανειακή τάση
Εστιασμένη εκκένωση: Χάραξη πλάσματος για βελτιωμένη ανάλυση
UV-curable photoresist glass: Επιλεκτική χάραξη μέσω φωτολιθογραφίας
Αφαίρεση με λέιζερ: Διάτρηση χωρίς επαφή με υπο-μικρονική ακρίβεια
Διαδικασίες επαγωγής με λέιζερ: Επιλεκτική μεταλλοποίηση και τροποποίηση επιφάνειας
Συστηματική Ταξινόμηση και Ανάλυση Τεχνολογιών Μικροκατεργασίας:
Μηχανική Μικροκατεργασία
Η μηχανική μικροκατεργασία αντιπροσωπεύει την πιο συμβατική και άμεση μέθοδο κατασκευής, χρησιμοποιώντας εργαλεία μικροκοπής ή λειαντικά μέσα για την αφαίρεση εκτεθειμένων περιοχών υλικού από τεμάχια εργασίας. Είναι ευρέως αναγνωρισμένο ότι τα εύθραυστα υλικά παρουσιάζουν εύκαμπτη ροή και όχι εύθραυστο σπάσιμο όταν το βάθος κοπής παραμένει σημαντικά κάτω από το κρίσιμο όριο
1
3
. Εμπνευσμένοι από αυτόν τον μηχανισμό παραμόρφωσης, έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές μικροκατεργασίας με κυρίαρχη την εύκαμπτη συμπεριφορά, συμπεριλαμβανομένων των micro-turning, milling, drilling, και micro-grinding, μαζί με τους υβριδικούς συνδυασμούς τους. Αυτές οι μέθοδοι επιτρέπουν την παραγωγή εξαρτημάτων γυαλιού ακριβείας με ελαχιστοποιημένη επιφανειακή/υποεπιφανειακή ζημιά.
Μηχανική κατεργασία με πίδακα λειαντικών (AJM)
Ως μια οικονομικά αποδοτική παραλλαγή AJM, η μηχανική κατεργασία με πίδακα λειαντικών χρησιμοποιεί πίδακες λειαντικών υψηλής ταχύτητας (50-100 m/s) για τη διάβρωση σκληρών υλικών μέσω μηχανισμών πρόσκρουσης. Η διαδικασία χρησιμοποιεί μικρο-λειαντικά (5-50 μm) που παρασύρονται σε πίδακες αερίου/νερού, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως:
Μειωμένες δυνάμεις επαφής (<10 N)
Ελάχιστη θερμική παραμόρφωση (<50°C)
Συμβατότητα με Si, γυαλί, Al₂O₃ και σύνθετα υλικά
Βασικές παράμετροι διεργασίας:
Παράμετρος
Κρίσιμο εύρος
Επιπτώσεις στην ποιότητα TGV
Γωνία πίδακα
60°-80°
Συμμετρία της γεωμετρίας της οπής
Απόσταση απόστασης
2-10 mm
Αποτελεσματικότητα διάβρωσης
Φόρτωση λειαντικού
20-40 wt.%
Σταθερότητα οπής
Διάμετρος ακροφυσίου
50-200 μm
Όριο πλευρικής ανάλυσης
Εφαρμογή AJM με βάση μάσκα
Για την επίτευξη ανάλυσης μικρότερης των 10 μm, οι ερευνητές υιοθέτησαν μια διαδικασία AJM δύο σταδίων:
Μάσκα SU-8 Photoresist: Δημιουργία μοτίβων οπών με UV λιθογραφία (έκθεση 365 nm)
Μεταβλητότητα διαμέτρου: Απόκλιση ±8% λόγω των φαινομένων εκτροπής του πίδακα
Τραχύτητα επιφάνειας: Ra > 100 nm στις εισόδους οπών
Edge Rollover: 20-30 μm πλευρική υπερκοπή στις διασταυρώσεις
Όπως φαίνεται στα ακόλουθα σχήματα, η μηχανική μικροκατεργασία παρουσιάζει κατώτερη συνέπεια TGV σε σύγκριση με τις μεθόδους με βάση το λέιζερ. Οι παρατηρούμενες διαστατικές διακυμάνσεις (σ > 15 μm) και οι ανωμαλίες του προφίλ μπορεί να υποβαθμίσουν την ακεραιότητα του σήματος μέσω:
Αυξημένη παρασιτική χωρητικότητα (>15%)
Υστέρηση χωρητικότητας-τάσης (C-V)
Ευαισθησία στην ηλεκτρομετανάστευση
Αυτή η ανάλυση ευθυγραμμίζεται με τα ευρήματα της SEMATECH σχετικά με την αξιοπιστία των οπών μέσω γυαλιού σε εφαρμογές συσκευασίας 3D.
Η υπερηχητική δόνηση ενισχύει την απόδοση της μηχανικής κατεργασίας επιτρέποντας στα εργαλεία με διάταξη άκρων να αλληλεπιδρούν με σωματίδια λειαντικών υπό υψηλής συχνότητας ταλάντωση. Οι κόκκοι λειαντικών υψηλής ενέργειας (π.χ., 1 μm SiC) προσκρούουν στο υπόστρωμα γυαλιού, επιταχύνοντας τον σχηματισμό οπών ενώ επιτυγχάνουν υψηλότερες αναλογίες όψεων (βάθος προς διάμετρο).
Μελέτη περίπτωσης (Εικ. Χ):
Σχεδιασμός εργαλείου: Προσαρμοσμένο εργαλείο από ανοξείδωτο χάλυβα με 6×6 τετραγωνικά διατεταγμένα άκρα
Παράμετροι διεργασίας:
Λειαντικό: 1 μm σωματίδια SiC
Υπόστρωμα: γυαλί πάχους 1,1 mm
Έξοδος: 260 μm × 270 μm κωνική τετράγωνη οπή
Αναλογία όψεων: 5:1 (μέσος όρος βάθους/διαμέτρου)
Ρυθμός χάραξης: 6 μm/s
Παραγωγικότητα: ~4 λεπτά ανά οπή
Περιορισμοί και βελτιστοποίηση:
Ενώ τα εργαλεία πολλαπλών άκρων αυξάνουν την πυκνότητα της διάταξης (π.χ., διατάξεις 10×10), τα πρακτικά κέρδη απόδοσης παραμένουν περιορισμένα από:
Ένα άρθρο για την κατανόηση της 3D συσκευασίας μέσω του γυαλιού μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας (TGV)
Ένα άρθρο για την κατανόηση της 3D συσκευασίας μέσω του γυαλιού μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας (TGV)
2025-05-22
Ένα άρθρο για την κατανόηση της συσκευασίας 3D μέσω της τεχνολογίας επεξεργασίας γυαλιού μέσω (TGV)
"More than Moore" αξιοποιεί 3D stacking για να επιτρέψει ετερογενή ολοκλήρωση πολλαπλών τσιπ μέσω ενδο-επίπεδων και κάθετων διασυνδέσεων, χρησιμοποιώντας ολοκλήρωση σε επίπεδο συστήματος για να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του συντελεστή μορφής. Η κάθετη τεχνολογία διασύνδεσης επεκτείνει τη διαστατική κλιμάκωση κατά τον άξονα z, οδηγώντας σε συνεχείς εξελίξεις στην ολοκλήρωση σε επίπεδο συστήματος. Η τεχνολογία μέσω-διασύνδεσης, που υλοποιείται μέσω προσεγγίσεων μέσω-διασύνδεσης πρώτα, αποτελεί μία από τις πιο ελπιδοφόρες λύσεις 3D διασύνδεσης και έχει γίνει ένα παγκόσμιο ερευνητικό επίκεντρο στην προηγμένη συσκευασία.
Ιστορικά, υποστρώματα γυαλιού αντιμετώπισαν προκλήσεις στην επίτευξη ποιότητας οπής (π.χ., γεωμετρία οπής, τραχύτητα επιφάνειας) που πληρούσαν τις απαιτήσεις αξιοπιστίας των σχεδιαστών και των τελικών χρηστών, θέτοντας ένα κρίσιμο εμπόδιο για την υιοθέτηση glass-through-via (TGV) στην προηγμένη συσκευασία. Για foundries, αυτή η τεχνολογία απαιτεί ακόμα σημαντική πρόοδο σε:
Έλεγχος ομοιομορφίας για οπές υψηλής αναλογίας (AR > 50:1)
Βελτιστοποίηση της πρόσφυσης διεπαφής γυαλιού-μετάλλου
Μείωση της θερμικής-μηχανικής καταπόνησης κατά την κατασκευή
Για την επίτευξη δομής γυαλιού υψηλής πυκνότητας, υψηλής ακρίβειας, έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα σε προηγμένες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένων:
Μηχανική μικροκατεργασία: Επιτρέπει τη δημιουργία μοτίβων οπών σε κλίμακα μικρομέτρων
Ροή γυαλιού: Δημιουργία μοτίβων χωρίς μάσκα μέσω επανασχηματισμού που οδηγείται από την επιφανειακή τάση
Εστιασμένη εκκένωση: Χάραξη πλάσματος για βελτιωμένη ανάλυση
UV-curable photoresist glass: Επιλεκτική χάραξη μέσω φωτολιθογραφίας
Αφαίρεση με λέιζερ: Διάτρηση χωρίς επαφή με υπο-μικρονική ακρίβεια
Διαδικασίες επαγωγής με λέιζερ: Επιλεκτική μεταλλοποίηση και τροποποίηση επιφάνειας
Συστηματική Ταξινόμηση και Ανάλυση Τεχνολογιών Μικροκατεργασίας:
Μηχανική Μικροκατεργασία
Η μηχανική μικροκατεργασία αντιπροσωπεύει την πιο συμβατική και άμεση μέθοδο κατασκευής, χρησιμοποιώντας εργαλεία μικροκοπής ή λειαντικά μέσα για την αφαίρεση εκτεθειμένων περιοχών υλικού από τεμάχια εργασίας. Είναι ευρέως αναγνωρισμένο ότι τα εύθραυστα υλικά παρουσιάζουν εύκαμπτη ροή και όχι εύθραυστο σπάσιμο όταν το βάθος κοπής παραμένει σημαντικά κάτω από το κρίσιμο όριο
1
3
. Εμπνευσμένοι από αυτόν τον μηχανισμό παραμόρφωσης, έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές μικροκατεργασίας με κυρίαρχη την εύκαμπτη συμπεριφορά, συμπεριλαμβανομένων των micro-turning, milling, drilling, και micro-grinding, μαζί με τους υβριδικούς συνδυασμούς τους. Αυτές οι μέθοδοι επιτρέπουν την παραγωγή εξαρτημάτων γυαλιού ακριβείας με ελαχιστοποιημένη επιφανειακή/υποεπιφανειακή ζημιά.
Μηχανική κατεργασία με πίδακα λειαντικών (AJM)
Ως μια οικονομικά αποδοτική παραλλαγή AJM, η μηχανική κατεργασία με πίδακα λειαντικών χρησιμοποιεί πίδακες λειαντικών υψηλής ταχύτητας (50-100 m/s) για τη διάβρωση σκληρών υλικών μέσω μηχανισμών πρόσκρουσης. Η διαδικασία χρησιμοποιεί μικρο-λειαντικά (5-50 μm) που παρασύρονται σε πίδακες αερίου/νερού, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως:
Μειωμένες δυνάμεις επαφής (<10 N)
Ελάχιστη θερμική παραμόρφωση (<50°C)
Συμβατότητα με Si, γυαλί, Al₂O₃ και σύνθετα υλικά
Βασικές παράμετροι διεργασίας:
Παράμετρος
Κρίσιμο εύρος
Επιπτώσεις στην ποιότητα TGV
Γωνία πίδακα
60°-80°
Συμμετρία της γεωμετρίας της οπής
Απόσταση απόστασης
2-10 mm
Αποτελεσματικότητα διάβρωσης
Φόρτωση λειαντικού
20-40 wt.%
Σταθερότητα οπής
Διάμετρος ακροφυσίου
50-200 μm
Όριο πλευρικής ανάλυσης
Εφαρμογή AJM με βάση μάσκα
Για την επίτευξη ανάλυσης μικρότερης των 10 μm, οι ερευνητές υιοθέτησαν μια διαδικασία AJM δύο σταδίων:
Μάσκα SU-8 Photoresist: Δημιουργία μοτίβων οπών με UV λιθογραφία (έκθεση 365 nm)
Μεταβλητότητα διαμέτρου: Απόκλιση ±8% λόγω των φαινομένων εκτροπής του πίδακα
Τραχύτητα επιφάνειας: Ra > 100 nm στις εισόδους οπών
Edge Rollover: 20-30 μm πλευρική υπερκοπή στις διασταυρώσεις
Όπως φαίνεται στα ακόλουθα σχήματα, η μηχανική μικροκατεργασία παρουσιάζει κατώτερη συνέπεια TGV σε σύγκριση με τις μεθόδους με βάση το λέιζερ. Οι παρατηρούμενες διαστατικές διακυμάνσεις (σ > 15 μm) και οι ανωμαλίες του προφίλ μπορεί να υποβαθμίσουν την ακεραιότητα του σήματος μέσω:
Αυξημένη παρασιτική χωρητικότητα (>15%)
Υστέρηση χωρητικότητας-τάσης (C-V)
Ευαισθησία στην ηλεκτρομετανάστευση
Αυτή η ανάλυση ευθυγραμμίζεται με τα ευρήματα της SEMATECH σχετικά με την αξιοπιστία των οπών μέσω γυαλιού σε εφαρμογές συσκευασίας 3D.
Η υπερηχητική δόνηση ενισχύει την απόδοση της μηχανικής κατεργασίας επιτρέποντας στα εργαλεία με διάταξη άκρων να αλληλεπιδρούν με σωματίδια λειαντικών υπό υψηλής συχνότητας ταλάντωση. Οι κόκκοι λειαντικών υψηλής ενέργειας (π.χ., 1 μm SiC) προσκρούουν στο υπόστρωμα γυαλιού, επιταχύνοντας τον σχηματισμό οπών ενώ επιτυγχάνουν υψηλότερες αναλογίες όψεων (βάθος προς διάμετρο).
Μελέτη περίπτωσης (Εικ. Χ):
Σχεδιασμός εργαλείου: Προσαρμοσμένο εργαλείο από ανοξείδωτο χάλυβα με 6×6 τετραγωνικά διατεταγμένα άκρα
Παράμετροι διεργασίας:
Λειαντικό: 1 μm σωματίδια SiC
Υπόστρωμα: γυαλί πάχους 1,1 mm
Έξοδος: 260 μm × 270 μm κωνική τετράγωνη οπή
Αναλογία όψεων: 5:1 (μέσος όρος βάθους/διαμέτρου)
Ρυθμός χάραξης: 6 μm/s
Παραγωγικότητα: ~4 λεπτά ανά οπή
Περιορισμοί και βελτιστοποίηση:
Ενώ τα εργαλεία πολλαπλών άκρων αυξάνουν την πυκνότητα της διάταξης (π.χ., διατάξεις 10×10), τα πρακτικά κέρδη απόδοσης παραμένουν περιορισμένα από:
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!