Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
2025-05-22
Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
"More than Moore" exploite empilement 3Dpour permettre l'intégration hétérogènede multiples puces grâce à des interconnexions dans le plan et verticales, employant l'intégration au niveau du systèmepour améliorer considérablement l'efficacité du facteur de forme. La technologie d'interconnexion verticale étend la mise à l'échelle dimensionnelle le long de l'axe z, stimulant les progrès continus de l'intégration au niveau du système. La technologie des vias à travers l'interposeur, mise en œuvre via des approches via-first basées sur l'interposeur, est l'une des solutions d'interconnexion 3D les plus prometteuses et est devenue un centre de recherche mondialdans l'emballage avancé.
Historiquement, les substrats en verreont rencontré des difficultés pour obtenir une qualité des trous(par exemple, géométrie des vias, rugosité de surface) qui répondait aux exigences de fiabilitédes concepteurs et des utilisateurs finaux, posant un goulot d'étranglement critique pour l'adoption des vias à travers le verre (TGV)dans l'emballage avancé. Pour les fonderies, cette technologie nécessite encore des progrès substantiels dans :
Contrôle de l'uniformité pour les vias à rapport d'aspect élevé (AR > 50:1)
Optimisation de l'adhérence interface verre-métal
Atténuation des contraintes thermomécaniquespendant la fabrication
Pour obtenir une structuration du verre haute densité et haute précision, des recherches approfondies ont été menées sur des méthodes avancées, notamment :
Micro-usinage mécanique: Permet le modelage de vias à l'échelle du micron
Refusion du verre: Modelage sans masque via un remodelage piloté par la tension superficielle
Décharge focalisée: Gravure au plasma pour une résolution améliorée
Verre à résine photosensible durcissable aux UV: Gravure sélective par photolithographie
Ablation laser: Perçage sans contact avec une précision submicronique
Procédés induits par laser: Métallisation sélective et modification de surface
Classification et analyse systématiques des technologies de micro-usinage :
Micro-usinage mécanique
Le micro-usinage mécanique représente la méthode de fabrication la plus conventionnelle et directe, employant des outils de micro-coupe ou des agents abrasifs pour éliminer les zones de matériau exposées des pièces. Il est largement reconnu que les matériaux fragiles présentent un écoulement ductileplutôt qu'une fracture fragilelorsque la profondeur de coupe reste significativement inférieure au seuil critique
1
3
. Inspirées par ce mécanisme de déformation, diverses techniques de micro-usinage à dominance ductile ont été développées, notamment le micro-tournage, le fraisage, le perçageet le micro-meulage, ainsi que leurs combinaisons hybrides. Ces méthodes permettent la production de composants en verre de précision avec des dommages de surface/sous-surface minimisés.
Usinage par jet abrasif (AJM)
En tant que variante AJM rentable, l'usinage par jet abrasif utilise des jets chargés d'abrasifs à grande vitesse (50-100 m/s) pour éroder les matériaux durs par des mécanismes d'impact. Le procédé utilise des micro-abrasifs(5-50 μm) entraînés dans des jets de gaz/eau, offrant des avantages tels que :
Forces de contact réduites (<10 N)
Distorsion thermique minimale (<50°C)
Compatibilité avec Si, verre, Al₂O₃ et composites
Paramètres clés du processus :
Paramètre
Plage critique
Impact sur la qualité du TGV
Angle du jet
60°-80°
Symétrie de la géométrie des vias
Distance de retrait
2-10 mm
Efficacité d'érosion
Chargement abrasif
20-40 % en poids
Cohérence des trous
Diamètre de la buse
50-200 μm
Limite de résolution latérale
Mise en œuvre AJM basée sur un masque
Pour obtenir une résolution inférieure à 10 μm, les chercheurs ont adopté un processus AJM en deux étapes :
Masquage à la résine photosensible SU-8: Vias modelés par lithographie UV (exposition à 365 nm)
Gravure par jet abrasif Al₂O₃:
Paramètres du processus : pression de 0,5 MPa, angle d'incidence de 45°
Diamètre de TGV obtenu : 600 μm (uniformité de ±5 %)
Substrat : verre Pyrex 7740 de 500 μm d'épaisseur
Limitations de performance (Fig. X) :
Variabilité du diamètre: Écart de ±8 % dû aux effets de déviation du jet
Rugosité de surface: Ra > 100 nm aux entrées des vias
Retournement des bords: Surcoupe latérale de 20-30 μm aux intersections
Comme illustré dans les figures suivantes, le micro-usinage mécanique présente une cohérence TGV inférieure à celle des méthodes basées sur le laser. Les fluctuations dimensionnelles observées (σ > 15 μm) et les irrégularités de profil peuvent dégrader l'intégrité du signal en raison de :
Augmentation de la capacité parasite (>15 %)
Hystérésis capacité-tension (C-V)
Sensibilité à l'électromigration
Cette analyse correspond aux conclusions de SEMATECH sur la fiabilité des vias à travers le verre dans les applications d'emballage 3D.
Les vibrations ultrasonores améliorent l'efficacité de l'usinage en permettant aux outils à pointe en réseaud'interagir avec les particules abrasives sous oscillation à haute fréquence. Les grains abrasifs à haute énergie (par exemple, 1 μm SiC) impactent le substrat en verre, accélérant la formation des vias tout en atteignant des rapports d'aspect(profondeur/diamètre) plus élevés.
Étude de cas (Fig. X) :
Conception de l'outil: Outil personnalisé en acier inoxydable avec des pointes en réseau carrées de 6 × 6
Paramètres du processus:
Abrasif : particules de SiC de 1 μm
Substrat : verre de 1,1 mm d'épaisseur
Sortie : via carré conique de 260 μm × 270 μm
Rapport d'aspect : 5:1 (profondeur/diamètre moyen)
Taux de gravure : 6 μm/s
Débit : ~4 minutes par via
Limitations et optimisation :
Bien que l'outillage multi-pointes augmente la densité du réseau (par exemple, réseaux de 10 × 10), les gains d'efficacité pratiques restent limités par :
Dynamique des collisions: Le chevauchement des pointes provoque des interférences pendant les vibrations ultrasonores
Utilisation d'abrasifs: La perte de particules réduit la durée de vie de coupe effective
Gestion thermique: Chaleur de friction cumulative à hautes fréquences (>20 kHz)
Cette approche permet d'obtenir ~300 vias/heure avec une cohérence dimensionnelle de 85 % (σ < 5 μm), surpassant l'AJM conventionnel de 4 fois en vitesse, mais limitée par la complexité de l'outil. Pour les applications à haut débit, des systèmes hybrides combinant l'agitation ultrasonore avec la focalisation assistée par laser sont en cours d'investigation pour atténuer ces goulots d'étranglement.
Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
2025-05-22
Un article pour comprendre l'emballage 3D à travers le verre via la technologie de traitement (TGV)
"More than Moore" exploite empilement 3Dpour permettre l'intégration hétérogènede multiples puces grâce à des interconnexions dans le plan et verticales, employant l'intégration au niveau du systèmepour améliorer considérablement l'efficacité du facteur de forme. La technologie d'interconnexion verticale étend la mise à l'échelle dimensionnelle le long de l'axe z, stimulant les progrès continus de l'intégration au niveau du système. La technologie des vias à travers l'interposeur, mise en œuvre via des approches via-first basées sur l'interposeur, est l'une des solutions d'interconnexion 3D les plus prometteuses et est devenue un centre de recherche mondialdans l'emballage avancé.
Historiquement, les substrats en verreont rencontré des difficultés pour obtenir une qualité des trous(par exemple, géométrie des vias, rugosité de surface) qui répondait aux exigences de fiabilitédes concepteurs et des utilisateurs finaux, posant un goulot d'étranglement critique pour l'adoption des vias à travers le verre (TGV)dans l'emballage avancé. Pour les fonderies, cette technologie nécessite encore des progrès substantiels dans :
Contrôle de l'uniformité pour les vias à rapport d'aspect élevé (AR > 50:1)
Optimisation de l'adhérence interface verre-métal
Atténuation des contraintes thermomécaniquespendant la fabrication
Pour obtenir une structuration du verre haute densité et haute précision, des recherches approfondies ont été menées sur des méthodes avancées, notamment :
Micro-usinage mécanique: Permet le modelage de vias à l'échelle du micron
Refusion du verre: Modelage sans masque via un remodelage piloté par la tension superficielle
Décharge focalisée: Gravure au plasma pour une résolution améliorée
Verre à résine photosensible durcissable aux UV: Gravure sélective par photolithographie
Ablation laser: Perçage sans contact avec une précision submicronique
Procédés induits par laser: Métallisation sélective et modification de surface
Classification et analyse systématiques des technologies de micro-usinage :
Micro-usinage mécanique
Le micro-usinage mécanique représente la méthode de fabrication la plus conventionnelle et directe, employant des outils de micro-coupe ou des agents abrasifs pour éliminer les zones de matériau exposées des pièces. Il est largement reconnu que les matériaux fragiles présentent un écoulement ductileplutôt qu'une fracture fragilelorsque la profondeur de coupe reste significativement inférieure au seuil critique
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. Inspirées par ce mécanisme de déformation, diverses techniques de micro-usinage à dominance ductile ont été développées, notamment le micro-tournage, le fraisage, le perçageet le micro-meulage, ainsi que leurs combinaisons hybrides. Ces méthodes permettent la production de composants en verre de précision avec des dommages de surface/sous-surface minimisés.
Usinage par jet abrasif (AJM)
En tant que variante AJM rentable, l'usinage par jet abrasif utilise des jets chargés d'abrasifs à grande vitesse (50-100 m/s) pour éroder les matériaux durs par des mécanismes d'impact. Le procédé utilise des micro-abrasifs(5-50 μm) entraînés dans des jets de gaz/eau, offrant des avantages tels que :
Forces de contact réduites (<10 N)
Distorsion thermique minimale (<50°C)
Compatibilité avec Si, verre, Al₂O₃ et composites
Paramètres clés du processus :
Paramètre
Plage critique
Impact sur la qualité du TGV
Angle du jet
60°-80°
Symétrie de la géométrie des vias
Distance de retrait
2-10 mm
Efficacité d'érosion
Chargement abrasif
20-40 % en poids
Cohérence des trous
Diamètre de la buse
50-200 μm
Limite de résolution latérale
Mise en œuvre AJM basée sur un masque
Pour obtenir une résolution inférieure à 10 μm, les chercheurs ont adopté un processus AJM en deux étapes :
Masquage à la résine photosensible SU-8: Vias modelés par lithographie UV (exposition à 365 nm)
Gravure par jet abrasif Al₂O₃:
Paramètres du processus : pression de 0,5 MPa, angle d'incidence de 45°
Diamètre de TGV obtenu : 600 μm (uniformité de ±5 %)
Substrat : verre Pyrex 7740 de 500 μm d'épaisseur
Limitations de performance (Fig. X) :
Variabilité du diamètre: Écart de ±8 % dû aux effets de déviation du jet
Rugosité de surface: Ra > 100 nm aux entrées des vias
Retournement des bords: Surcoupe latérale de 20-30 μm aux intersections
Comme illustré dans les figures suivantes, le micro-usinage mécanique présente une cohérence TGV inférieure à celle des méthodes basées sur le laser. Les fluctuations dimensionnelles observées (σ > 15 μm) et les irrégularités de profil peuvent dégrader l'intégrité du signal en raison de :
Augmentation de la capacité parasite (>15 %)
Hystérésis capacité-tension (C-V)
Sensibilité à l'électromigration
Cette analyse correspond aux conclusions de SEMATECH sur la fiabilité des vias à travers le verre dans les applications d'emballage 3D.
Les vibrations ultrasonores améliorent l'efficacité de l'usinage en permettant aux outils à pointe en réseaud'interagir avec les particules abrasives sous oscillation à haute fréquence. Les grains abrasifs à haute énergie (par exemple, 1 μm SiC) impactent le substrat en verre, accélérant la formation des vias tout en atteignant des rapports d'aspect(profondeur/diamètre) plus élevés.
Étude de cas (Fig. X) :
Conception de l'outil: Outil personnalisé en acier inoxydable avec des pointes en réseau carrées de 6 × 6
Paramètres du processus:
Abrasif : particules de SiC de 1 μm
Substrat : verre de 1,1 mm d'épaisseur
Sortie : via carré conique de 260 μm × 270 μm
Rapport d'aspect : 5:1 (profondeur/diamètre moyen)
Taux de gravure : 6 μm/s
Débit : ~4 minutes par via
Limitations et optimisation :
Bien que l'outillage multi-pointes augmente la densité du réseau (par exemple, réseaux de 10 × 10), les gains d'efficacité pratiques restent limités par :
Dynamique des collisions: Le chevauchement des pointes provoque des interférences pendant les vibrations ultrasonores
Utilisation d'abrasifs: La perte de particules réduit la durée de vie de coupe effective
Gestion thermique: Chaleur de friction cumulative à hautes fréquences (>20 kHz)
Cette approche permet d'obtenir ~300 vias/heure avec une cohérence dimensionnelle de 85 % (σ < 5 μm), surpassant l'AJM conventionnel de 4 fois en vitesse, mais limitée par la complexité de l'outil. Pour les applications à haut débit, des systèmes hybrides combinant l'agitation ultrasonore avec la focalisation assistée par laser sont en cours d'investigation pour atténuer ces goulots d'étranglement.
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