深圳線下沙龍交流紀要：TSV、TGV、2.5D/3D、Hybrid Bonding等先進封裝技術要點

老虎說芯|Tiger Chip|

2024-08-13 18:34:29 758

我們每次活動都有交流主題和專家級的業內人士參與，這次活動準備了TSV和TGV的PPT課件給到參會者、嘉賓也分享了各自的學習資料和經驗。歡迎各位朋友參加后續活動。

TSV (Through-Silicon Via)

TSV是一種垂直穿過硅晶圓（芯片）的導電通道，用來連接芯片上下層的電路。你可以想象它像是一棟多層建筑中的電梯，可以讓信息快速上下通達不同的樓層。這種設計可以顯著提高芯片的性能和功能密度，同時減小芯片的尺寸。

圖：TSV示意，來自Amkor

硅通孔 (TSV)互連適用于各種 2.5D 封裝應用及架構。TSV 技術能夠讓*封裝滿足高性能、低能耗需求。

圖：2.5D TSV 露頭工藝 (MEOL)，來自Amkor

TGV (Through-Glass Via)
TGV技術類似于TSV，但是導電通道是穿過玻璃而不是硅。這種技術通常用于需要透明或者特定電磁特性的應用中。TGV可以提供很好的絕緣性能和較低的電磁干擾，使其在高頻、高速和光電子應用中非常有用。

圖：TGV示意，來自Intel

TGV的優勢

1、電氣和機械性能的提升
玻璃基底可以顯著改善電氣和機械性能。玻璃具有很高的絕緣性和低介電常數，這有助于減少電磁干擾，使信號傳輸更加清晰和快速。

2、模量和熱膨脹系數（CTE）的可調節性
玻璃的模量和熱膨脹系數可以通過改變其組成和處理工藝來調節，使其更接近硅的特性。這種屬性的匹配可以減少由于熱膨脹不匹配引起的應力和失效，提高產品的可靠性和穩定性。

3、大尺寸和尺寸穩定性
玻璃基底能支持較大的尺寸，同時保持尺寸穩定性。這使得它適合用于大面積的芯片封裝，有助于特性的微縮和密集布局。

4、高孔洞密度
玻璃可以實現非常高的通孔（via）密度，這意味著更多的連接點和更復雜的路由設計，從而提高信號的傳輸效率和封裝密度。線寬線距可以做到很小，5微米以內。

5、低損耗和高速信號傳輸
玻璃的低損耗特性支持高速信號傳輸，這對于高頻應用尤為重要。

6、更高的溫度承受能力
玻璃具有較高的熔點和穩定性，可以在更高的溫度下工作，這對于需要高溫加工或操作的應用是一個重要優勢。

1、加工成本和復雜性
玻璃加工通常比傳統的硅基材料更為復雜和昂貴。玻璃切割、鉆孔和填充技術要求高精度的設備和技術。

2、脆性問題
盡管玻璃具有優良的機械和熱性能，其本質的脆性可能會在某些應用中帶來機械穩定性和耐用性方面的挑戰。

3、技術成熟度和普及度
相對于更傳統的TSV技術，TGV仍處于較早的發展階段，這可能會影響其在工業界的接受度和應用的廣泛性。

圖：TGV相比TSV的優勢，來自英特爾

2.5D 封裝
2.5D封裝并不意味著真正的三維封裝，而是將多個芯片放置在一個中間層上，這個中間層叫做硅片轉接板（interposer）。硅片插座上設有導線，可以連接這些芯片，然后整個組合再連接到一個更大的基板上。這種方式比傳統的二維平面封裝可以提供更多的連接密度和更好的性能，但成本相對較高。

3D封裝
3D封裝技術是將多個芯片直接堆疊在一起，通過TSV等技術來實現芯片間的垂直連接。這種封裝可以極大地節省空間并提高性能，因為芯片間的距離更短，數據傳輸速度更快。

圖：2.5D、2D、3D封裝

Hybrid Bonding
Hybrid bonding是一種先進的芯片連接技術，它結合了金屬對金屬和介電層對介電層的直接鍵合。這種技術允許在沒有使用傳統焊料的情況下，通過原子級的接合實現芯片間的電氣和機械連接。這樣不僅可以提高連接的密度和可靠性，還可以在非常小的空間內實現更復雜的電路集成。

Hybrid Bonding涉及到電介質沉積、金屬沉積、電鍍、化學機械平坦化(CMP)、蝕刻以支持混合鍵合工藝流程的革新。

Copper-to-copper的混合鍵合讓兩個芯片之間的連接性能接近單片設計，幾乎沒有功率和信號損失。這個技術的難點是在沒有對準誤差的情況下實現無缺陷的銅到銅的結合，而且要求低成本。這就需要對上游和下游工藝以及設備進行重大革新。

wafer-to-waferd的混合鍵合用在CIS 和NAND flash、DRAM中。

die-to-wafer的混合鍵合，用于邏輯芯片和HBM DRAM等。

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