深圳线下沙龙交流纪要：TSV、TGV、2.5D/3D、Hybrid Bonding等先进封装技术要点

老虎说芯|Tiger Chip|

2024-08-13 18:34:29 798

我们每次活动都有交流主题和专家级的业内人士参与，这次活动准备了TSV和TGV的PPT课件给到参会者、嘉宾也分享了各自的学习资料和经验。欢迎各位朋友参加后续活动。

TSV (Through-Silicon Via)

TSV是一种垂直穿过硅晶圆（芯片）的导电通道，用来连接芯片上下层的电路。你可以想象它像是一栋多层建筑中的电梯，可以让信息快速上下通达不同的楼层。这种设计可以显著提高芯片的性能和功能密度，同时减小芯片的尺寸。

图：TSV示意，来自Amkor

硅通孔 (TSV)互连适用于各种 2.5D 封装应用及架构。TSV 技术能够让 .封装满足高性能、低能耗需求。

图：2.5D TSV 露头工艺 (MEOL)，来自Amkor

TGV (Through-Glass Via)
TGV技术类似于TSV，但是导电通道是穿过玻璃而不是硅。这种技术通常用于需要透明或者特定电磁特性的应用中。TGV可以提供很好的绝缘性能和较低的电磁干扰，使其在高频、高速和光电子应用中非常有用。

图：TGV示意，来自Intel

TGV的优势

1、电气和机械性能的提升
玻璃基底可以显著改善电气和机械性能。玻璃具有很高的绝缘性和低介电常数，这有助于减少电磁干扰，使信号传输更加清晰和快速。

2、模量和热膨胀系数（CTE）的可调节性
玻璃的模量和热膨胀系数可以通过改变其组成和处理工艺来调节，使其更接近硅的特性。这种属性的匹配可以减少由于热膨胀不匹配引起的应力和失效，提高产品的可靠性和稳定性。

3、大尺寸和尺寸稳定性
玻璃基底能支持较大的尺寸，同时保持尺寸稳定性。这使得它适合用于大面积的芯片封装，有助于特性的微缩和密集布局。

4、高孔洞密度
玻璃可以实现非常高的通孔（via）密度，这意味着更多的连接点和更复杂的路由设计，从而提高信号的传输效率和封装密度。线宽线距可以做到很小，5微米以内。

5、低损耗和高速信号传输
玻璃的低损耗特性支持高速信号传输，这对于高频应用尤为重要。

6、更高的温度承受能力
玻璃具有较高的熔点和稳定性，可以在更高的温度下工作，这对于需要高温加工或操作的应用是一个重要优势。

1、加工成本和复杂性
玻璃加工通常比传统的硅基材料更为复杂和昂贵。玻璃切割、钻孔和填充技术要求高精度的设备和技术。

2、脆性问题
尽管玻璃具有优良的机械和热性能，其本质的脆性可能会在某些应用中带来机械稳定性和耐用性方面的挑战。

3、技术成熟度和普及度
相对于更传统的TSV技术，TGV仍处于较早的发展阶段，这可能会影响其在工业界的接受度和应用的广泛性。

图：TGV相比TSV的优势，来自英特尔

2.5D 封装
2.5D封装并不意味着真正的三维封装，而是将多个芯片放置在一个中间层上，这个中间层叫做硅片转接板（interposer）。硅片插座上设有导线，可以连接这些芯片，然后整个组合再连接到一个更大的基板上。这种方式比传统的二维平面封装可以提供更多的连接密度和更好的性能，但成本相对较高。

3D封装
3D封装技术是将多个芯片直接堆叠在一起，通过TSV等技术来实现芯片间的垂直连接。这种封装可以极大地节省空间并提高性能，因为芯片间的距离更短，数据传输速度更快。

图：2.5D、2D、3D封装

Hybrid Bonding
Hybrid bonding是一种先进的芯片连接技术，它结合了金属对金属和介电层对介电层的直接键合。这种技术允许在没有使用传统焊料的情况下，通过原子级的接合实现芯片间的电气和机械连接。这样不仅可以提高连接的密度和可靠性，还可以在非常小的空间内实现更复杂的电路集成。

Hybrid Bonding涉及到电介质沉积、金属沉积、电镀、化学机械平坦化(CMP)、蚀刻以支持混合键合工艺流程的革新。

Copper-to-copper的混合键合让两个芯片之间的连接性能接近单片设计，几乎没有功率和信号损失。这个技术的难点是在没有对准误差的情况下实现无缺陷的铜到铜的结合，而且要求低成本。这就需要对上游和下游工艺以及设备进行重大革新。

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

die-to-wafer的混合键合，用于逻辑芯片和HBM DRAM等。

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