中國粉體網訊 在科技日新月異的當下，芯片技術持續迭代升級，其中封裝技術的創新對芯片性能的提升起著關鍵作用。2.5D封裝技術作為前沿的封裝方式備受矚目，而玻璃通孔（TGV）技術更是為2.5D封裝注入了新活力。接下來，讓我們深入了解基于TGV技術的2.5D封裝。
2.5D封裝
傳統的芯片封裝方式主要是2D封裝，即芯片在一個平面上進行布局和連接。隨著技術的發展，這種封裝方式在提高芯片集成度和性能方面逐漸遇到瓶頸。而2.5D封裝則是在2D封裝的基礎上，引入了一個中介層，實現了芯片在一個近似三維的空間內進行連接和布局。簡單來說，2.5D封裝就是把多個芯片放置在一個中介層之上，通過中介層實現芯片之間以及芯片與外部電路的連接，有點像是在芯片們之間搭建了一座“立交橋”，讓信號能夠更高效地傳輸。
2.5D玻璃中介層 來源：云天半導體
TGV技術
TGV技術，簡單來說，就是在玻璃基板上打造垂直的電氣互連通道。其制作流程包含多個精細環節。首先，以高品質硼硅玻璃、石英玻璃等作為基礎材料，接著通過種子層濺射，在玻璃表面覆蓋一層薄薄的導電種子層；隨后進行電鍍填充，讓金屬（比如銅）填滿預先設計好的孔道，形成導電通路；再利用化學機械平坦化工藝，使玻璃基板表面變得平整光滑，確保后續工藝的順利開展；最后通過RDL再布線和bump工藝引出，成功實現3D互聯。
TGV技術在2.5D封裝中的獨特作用
構建高效信號傳輸橋梁：在2.5D封裝里，多個芯片被安置在中介層之上。當采用TGV技術時，玻璃中介層憑借其內部的TGV通孔，為芯片之間以及芯片與外部電路搭建起高效的連接通道。相比傳統的2D封裝，信號無需在平面上迂回傳輸，而是能夠借助TGV實現近乎直線的快速傳輸，大大縮短了傳輸路徑，進而顯著提升信號傳輸速率，降低信號延遲。
實現超高密度集成：TGV技術能夠在有限的玻璃基板空間內，打造出數量眾多且間距極小的通孔，這一特性使得2.5D封裝在單位面積上能夠實現更高密度的芯片連接。以高端服務器芯片為例，借助TGV技術，多個處理器核心、大容量緩存芯片以及各類輸入/輸出（I/O）芯片得以緊湊地集成在一個封裝內，極大地提升了芯片的整體集成度，讓單個封裝能夠承載更多的功能，為構建強大的計算系統奠定了堅實基礎。
技術優勢顯著
卓越的高頻電學性能：玻璃材料屬于絕緣體，其介電常數大約僅為硅材料的三分之一，損耗因子更是比硅材料低2-3個數量級。這一特性使得基于TGV技術的2.5D封裝在高頻信號傳輸時，襯底損耗和寄生效應大幅降低，能夠出色地保證傳輸信號的完整性。在5G通信領域，信號頻率極高，對信號傳輸的穩定性和準確性要求極為苛刻。采用TGV技術的2.5D封裝能夠完美契合這一需求，有效減少信號失真和干擾，保障5G通信的高速、穩定運行。
成本優勢盡顯：一方面，Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃廠商能夠提供超大尺寸（超過2m×2m）和超薄（小于50µm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料，大尺寸超薄面板玻璃易于獲取，且制作玻璃轉接板時不需要沉積絕緣層，使得玻璃轉接板的制作成本大約僅為硅基轉接板的八分之一。另一方面，TGV技術的工藝流程相對簡單，不需要在襯底表面及TGV內壁沉積絕緣層，在超薄轉接板制作中也不需要減薄工序，進一步降低了生產成本。這使得基于TGV技術的2.5D封裝在大規模應用時，能夠有效控制成本，提高產品的市場競爭力。
出色的機械穩定性：即便玻璃轉接板的厚度小于100µm，其翹曲程度依然較小。這種出色的機械穩定性為芯片封裝提供了可靠的物理基礎，確保在復雜的工作環境下，芯片之間的連接依然穩固，不會因基板的變形而影響性能，大大提高了封裝的可靠性和耐用性。例如，廈門大學于大全團隊將金剛石直接集成到芯片背面,并與玻璃基板進行異質集成構建了一個高效的散熱系統。該研究采用納米層Cu/Au重結晶的低溫連接技術,將金剛石與硅芯片鍵合,并將此結構封裝到玻璃基板上。玻璃基板作為中介層,其低熱膨脹系數與硅芯片的良好匹配有效減少了熱循環過程中產生的熱應力。
金剛石-芯片-玻璃中介層封裝集成和熱測試 來源:Zhong.Heterogeneous integration of diamond-on-chip-on-glass interposer for efficient thermal management.
參考來源:
云天半導體官網
馬千里.2.5D封裝關鍵技術的研究進展
Zhong.Heterogeneous integration of diamond-on-chip-on-glass interposer for efficient thermal management.
(中國粉體網編輯整理/月明)
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