TGV-IPD技术研究进展

发布时间：2023-05-26

摩尔定律自1965年被提出以来，一直指引着集成电路技术朝着小型化方向发展，近年来，随着5G通信、AR/VR设备、智能手机、汽车电子、生物芯片等新兴领域蓬勃兴起，集成电路应用正向着多元化应用发展。

玻璃通孔(TGV)三维互连技术由于具有优异的电学、光学特性，良好的力学稳定性、耐化学特性以及低成本等优势，在三维封装、集成无源器件和光电器件集成方面具有广泛应用前景。

玻璃因其具有多类型的热膨胀系数(CTE)、优异的表面平整度、高电阻率以及低成本等优点成为一种具有吸引力的衬底材料，为先进制造与封装提供了另外一种选择。

它的特点具体概况为：

1、射频性能方面，玻璃具有较低的介电常数，可实现更低的RF损耗和更好的线性度；

2、光学透明度方面，玻璃通孔可在微电子机械系统设备的生产过程中实现更好的加工和品质控制；

3、可靠性方面，玻璃具有较高的耐热性和耐化学性，可为MEMS等设备提供优异的可靠性保障；

4、可实现小型化封装；玻璃通孔可以直接与硅基MEMS相连，因此可以实现超小型化的设计；

基于以上良好的特性，玻璃通孔三维互连应用十分广泛。典型应用于以下几种器件。玻璃基板的三维集成无源器件、集成天线和玻璃扇出封装、基于玻璃通孔的MEMS封装、多层玻璃基板集成技术等。

现阶段研究发现，玻璃通孔技术被视为实现集成、低成本和高性能无源器件最有前途的技术之一。与二维平面电感相比，采用TGV结构的三维电感具有更好的品质因数。与硅相比，玻璃的介电常数较低，电阻率较高，因而具有较好的高频性能。诸如使用TGV构建的滤波器和双工器之类的无源器件，在确保较小的带内插损和较大的带外抑制能力的同时，还能在尺寸上做的更小。

主流的IPD产品衬底为高阻硅(HRSi)/玻璃(Glass)/石英(Quarz)，玻璃通孔(TGV)和硅通孔（TSV）工艺相比TGV的优势主要体现在：

1、优良的高频电学特性。玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2-3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，保证了传输信号的完整性；

2、大尺寸超薄玻璃衬底易于获取。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。

3、低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本低于硅基转接板；

4、工艺流程简单。不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层；

5、机械稳定性强。即便当转接板厚度小于100μm时，翘曲依然较小；

6、应用领域广泛。是一种应用于晶圆级封装领域的新兴纵向互连技术，为实现芯片-芯片之间距离最短、间距最小的互联提供了一种新型技术途径，具有优良的电学、热学、力学性能，在射频芯片、高端MEMS传感器、高密度系统集成等领域具有独特优势，是下一代5G、6G高频芯片3D封装的首选之一。

TGV的主要工艺路线为：玻璃衬底 - 通孔成型 - 通孔金属化 - CMP