中國粉體網(wǎng)訊  在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)追求高性能、小型化和集成化的征程中，玻璃通孔（TGV）技術(shù)與三維集成無源器件脫穎而出，成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。這兩項(xiàng)技術(shù)的融合，不僅為芯片封裝和系統(tǒng)集成帶來了革命性的變化，也為眾多前沿應(yīng)用領(lǐng)域注入了新的活力。​

TGV技術(shù)：突破傳統(tǒng)，構(gòu)建高效電氣互連​

TGV技術(shù)，即玻璃通孔技術(shù)，是一種用于玻璃基板的垂直電氣互連技術(shù)，其原理與硅基板上的硅通孔（TSV）技術(shù)相似。該技術(shù)最早可追溯至2008年，源于2.5D/3D集成封裝中應(yīng)用的TSV轉(zhuǎn)接板技術(shù)。TGV技術(shù)以高品質(zhì)硼硅玻璃、石英玻璃等為基礎(chǔ)材料，通過一系列精細(xì)工藝實(shí)現(xiàn)三維（3D）互連。

與傳統(tǒng)的TSV工藝相比，TGV技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)。在高頻電學(xué)特性方面，玻璃屬于絕緣體材料，其介電常數(shù)僅約為硅材料的三分之一，損耗因子更是比硅材料低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。這使得TGV在信號(hào)傳輸過程中，襯底損耗和寄生效應(yīng)大大減小，能夠有效保障傳輸信號(hào)的完整性，尤其適合5G通信、毫米波雷達(dá)、高性能計(jì)算等對(duì)高頻信號(hào)傳輸質(zhì)量要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。​

三維集成無源器件：提升集成度，優(yōu)化電路性能​

無源器件，如電阻、電容和電感，是電子電路中不可或缺的組成部分。傳統(tǒng)的無源器件通常以分立元件的形式存在于電路板上，占據(jù)了較大的空間，且隨著電子產(chǎn)品小型化和集成化的發(fā)展，其對(duì)電路板空間的占用以及電氣性能的局限性愈發(fā)明顯。三維集成無源器件正是為解決這些問題而發(fā)展起來的。​

三維集成無源器件將電阻、電容、電感等無源元件以三維結(jié)構(gòu)的形式集成在同一基板上，這種集成方式不僅減少了電路板上的元件數(shù)量和布線復(fù)雜度，降低了信號(hào)傳輸?shù)膿p耗和干擾，還提高了電路的整體性能和可靠性。​

以電容和電感為例，三維集成電容可以通過增加電極面積、減小電極間距等方式，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的電容值。同時(shí)，由于集成電容與芯片或其他電路元件之間的距離更近，信號(hào)傳輸路徑更短，寄生電感和電阻更小，從而能夠有效提升電路的高頻性能。對(duì)于電感而言，三維集成電感可以采用螺旋線圈、平面電感等多種結(jié)構(gòu)形式，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝，提高電感的品質(zhì)因數(shù)（Q值），降低功耗，滿足不同電路對(duì)電感性能的要求。​

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TGV技術(shù)與三維集成無源器件的融合應(yīng)用​

TGV技術(shù)與三維集成無源器件的融合，為半導(dǎo)體封裝和系統(tǒng)集成帶來了諸多創(chuàng)新應(yīng)用。在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，TGV技術(shù)可以用于制造三維集成無源器件的封裝載板。通過使用TGV技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)芯片之間的互聯(lián)和互通,提高芯片的集成度和性能。同時(shí),TGV技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)芯片之間的最小間距和最小線寬,滿足無源器件對(duì)高密度集成和精細(xì)制造的需求。

喬治亞理工的Sridharan等率先采用TGV互聯(lián)技術(shù)制備了具有高Q值的三維螺旋電感,應(yīng)用在集成無源器件（IPD）中完成濾波器的封裝制作,并表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能。Hsieh等采用TGV玻璃制備了高性能IPD電感器,該三維TGV電感器在900MHz時(shí)的Q值為60,在2.4GHz時(shí)的Q值為75,大大優(yōu)于二維螺旋電感器。

TGV技術(shù)在三維集成無源器件的應(yīng)用  來源:Hsieh.Characterization of through glass via ( TGV) RF inductors

宗蕾等發(fā)明了一種集成射頻前端模組的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。該封裝方法同時(shí)集成了TGV玻璃和硅片的優(yōu)勢(shì),即采用含TGV通孔的玻璃和硅片晶圓鍵合后形成承載晶圓。這種方法不僅可以有效減少晶圓級(jí)封裝過程中的翹曲問題,提高封裝良率,還可以通過硅片增強(qiáng)整體模塊的散熱性能。

從發(fā)展前景來看，TGV技術(shù)與三維集成無源器件的融合將在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體器件的性能、集成度和小型化提出了更高的要求，TGV技術(shù)與三維集成無源器件的優(yōu)勢(shì)將更加凸顯。預(yù)計(jì)在未來，這兩項(xiàng)技術(shù)將廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、人工智能芯片、汽車電子、醫(yī)療電子等多個(gè)領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁向新的高度。​

參考來源:

張迅.三維集成電子封裝中TGV技術(shù)及其器件應(yīng)用進(jìn)展

宗蕾.一種集成射頻前端模組的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法與流程技術(shù)

Hsieh.Characterization of through glass via ( TGV) RF inductors

Sridharan.Design and fabrication of bandpass filters in glass interposer with through-package-vias (TPV)

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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