Artykuł mający na celu zrozumienie opakowań 3D poprzez technologię przetwarzania szkła (TGV)
Artykuł mający na celu zrozumienie opakowań 3D poprzez technologię przetwarzania szkła (TGV)
2025-05-22
Artykuł mający na celu zrozumienie pakowania 3D przez szkło za pomocą technologii przetwarzania (TGV)
"More than Moore" wykorzystuje stosowanie 3D w celu umożliwienia heterogenicznej integracji wielu układów scalonych poprzez połączenia w płaszczyźnie i pionowe, wykorzystując integracji na poziomie systemu w celu znacznego zwiększenia wydajności współczynnika kształtu. Technologia połączeń pionowych rozszerza skalowanie wymiarowe wzdłuż osie z, napędzając ciągłe postępy w integracji na poziomie systemu. Technologia przelotowych otworów interposerowych, wdrożona za pośrednictwem interposerowych podejść via-first, jest jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań połączeń 3D i stała się globalnym celem badań w zaawansowanym pakowaniu.
Historycznie, substraty szklane stanęły w obliczu wyzwań w osiągnięciu jakości otworów (np. geometria przelotki, chropowatość powierzchni), które spełniały wymagania dotyczące niezawodności projektantów i użytkowników końcowych, stanowiąc krytyczne wąskie gardło dla przelotowych otworów szklanych (TGV) w zaawansowanym pakowaniu. Dla fabryk, technologia ta wciąż wymaga znacznego postępu w:
Kontrola jednorodności dla przelotek o wysokim współczynniku kształtu (AR > 50:1)
Optymalizacja adhezji interfejsu szkło-metal
Minimalizacja naprężeń termomechanicznych podczas produkcji
Aby osiągnąć strukturyzację szkła o dużej gęstości i wysokiej precyzji, przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad zaawansowanymi metodami, w tym:
Obróbka mechaniczna: Umożliwia wzorowanie przelotek w skali mikronów
Reflow szkła: Wzorowanie bezmaskowe poprzez kształtowanie napędzane napięciem powierzchniowym
Skupione wyładowanie: Trawienie plazmowe dla zwiększonej rozdzielczości
Szkło z fotorezystem utwardzalnym UV: Selektywne trawienie poprzez fotolitografię
Ablacja laserowa: Bezdotykowe wiercenie z precyzją submikronową
Procesy indukowane laserem: Selektywne metalizowanie i modyfikacja powierzchni
Systematyczna klasyfikacja i analiza technologii obróbki mikromechanicznej:
Obróbka mikromechaniczna
Obróbka mikromechaniczna reprezentuje najbardziej konwencjonalną i bezpośrednią metodę produkcji, wykorzystującą mikro-narzędzia tnące lub środki ścierne do usuwania odsłoniętych obszarów materiału z obrabianych przedmiotów. Powszechnie wiadomo, że materiały kruche wykazują przepływ plastyczny zamiast łamania kruchego, gdy głębokość cięcia pozostaje znacznie poniżej progu krytycznego
1
3
. Zainspirowane tym mechanizmem deformacji, opracowano różne techniki mikromechaniczne zdominowane przez plastyczność, w tym mikro-toczenie, mikro-frezowanie, wiercenie i mikro-szlifowanie, wraz z ich hybrydowymi kombinacjami. Metody te umożliwiają produkcję precyzyjnych komponentów szklanych z minimalnymi uszkodzeniami powierzchni/podpowierzchni.
Obróbka strumieniem ściernym (AJM)
Jako opłacalny wariant AJM, obróbka strumieniem ściernym wykorzystuje strumienie ścierne o dużej prędkości (50-100 m/s) do erozji twardych materiałów poprzez mechanizmy uderzeniowe. Proces wykorzystuje mikro-ścierniwa (5-50 μm) unoszone w strumieniach gazu/wody, oferując korzyści takie jak:
Zredukowane siły kontaktu (<10 N)
Minimalne zniekształcenia termiczne (<50°C)
Kompatybilność z Si, szkłem, Al₂O₃ i kompozytami
Kluczowe parametry procesu:
Parametr
Krytyczny zakres
Wpływ na jakość TGV
Kąt strumienia
60°-80°
Symetria geometrii przelotki
Odległość od osłony
2-10 mm
Wydajność erozji
Obciążenie ścierne
20-40% wag.
Spójność otworów
Średnica dyszy
50-200 μm
Granica rozdzielczości bocznej
Implementacja AJM oparta na masce
Aby osiągnąć rozdzielczość sub-10 μm, naukowcy przyjęli dwuetapowy proces AJM:
Zmienność średnicy: odchylenie ±8% z powodu efektów odchylania strumienia
Chropowatość powierzchni: Ra > 100 nm na wejściach przelotek
Rollover krawędzi: 20-30 μm boczne podcięcie na przecięciach
Jak pokazano na poniższych rysunkach, obróbka mikromechaniczna wykazuje gorszą spójność TGV w porównaniu z metodami laserowymi. Obserwowane wahania wymiarowe (σ > 15 μm) i nieregularności profilu mogą pogorszyć integralność sygnału poprzez:
Zwiększoną pojemność pasożytniczą (>15%)
Histereza pojemność-napięcie (C-V)
Podatność na elektromigrację
Ta analiza jest zgodna z ustaleniami SEMATECH dotyczącymi niezawodności przelotowych otworów szklanych w zastosowaniach do pakowania 3D.
Wibracje ultradźwiękowe zwiększają wydajność obróbki, umożliwiając narzędzia z końcówkami w układzie interakcję z cząstkami ściernymi podczas oscylacji o wysokiej częstotliwości. Ziarna ścierne o wysokiej energii (np. 1 μm SiC) uderzają w szklane podłoże, przyspieszając tworzenie się przelotek, jednocześnie osiągając wyższe współczynniki kształtu (głębokość do średnicy).
Studium przypadku (Rys. X):
Projekt narzędzia: Niestandardowe narzędzie ze stali nierdzewnej z końcówkami w układzie kwadratowym 6×6
Parametry procesu:
Ścierniwo: cząstki SiC o wielkości 1 μm
Podłoże: szkło o grubości 1,1 mm
Wyjście: przelotka kwadratowa o wymiarach 260 μm × 270 μm
Ograniczenia i optymalizacja:
Chociaż oprzyrządowanie wielo-końcówkowe zwiększa gęstość układu (np. układy 10×10), praktyczne zyski w wydajności pozostają ograniczone przez:
Dynamika kolizji: Nakładanie się końcówek powoduje zakłócenia podczas wibracji ultradźwiękowych
Zarządzanie termiczne: Skumulowane ciepło tarcia przy wysokich częstotliwościach (>20 kHz)
Podejście to pozwala na uzyskanie ~300 przelotek/godzinę z 85% spójnością wymiarową (σ < 5 μm), przewyższając konwencjonalne AJM 4× pod względem prędkości, ale ograniczone złożonością narzędzia. W przypadku zastosowań o dużej przepustowości badane są systemy hybrydowe łączące agitację ultradźwiękową z ogniskowaniem wspomaganym laserem w celu złagodzenia tych wąskich gardeł.
Artykuł mający na celu zrozumienie opakowań 3D poprzez technologię przetwarzania szkła (TGV)
Artykuł mający na celu zrozumienie opakowań 3D poprzez technologię przetwarzania szkła (TGV)
2025-05-22
Artykuł mający na celu zrozumienie pakowania 3D przez szkło za pomocą technologii przetwarzania (TGV)
"More than Moore" wykorzystuje stosowanie 3D w celu umożliwienia heterogenicznej integracji wielu układów scalonych poprzez połączenia w płaszczyźnie i pionowe, wykorzystując integracji na poziomie systemu w celu znacznego zwiększenia wydajności współczynnika kształtu. Technologia połączeń pionowych rozszerza skalowanie wymiarowe wzdłuż osie z, napędzając ciągłe postępy w integracji na poziomie systemu. Technologia przelotowych otworów interposerowych, wdrożona za pośrednictwem interposerowych podejść via-first, jest jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań połączeń 3D i stała się globalnym celem badań w zaawansowanym pakowaniu.
Historycznie, substraty szklane stanęły w obliczu wyzwań w osiągnięciu jakości otworów (np. geometria przelotki, chropowatość powierzchni), które spełniały wymagania dotyczące niezawodności projektantów i użytkowników końcowych, stanowiąc krytyczne wąskie gardło dla przelotowych otworów szklanych (TGV) w zaawansowanym pakowaniu. Dla fabryk, technologia ta wciąż wymaga znacznego postępu w:
Kontrola jednorodności dla przelotek o wysokim współczynniku kształtu (AR > 50:1)
Optymalizacja adhezji interfejsu szkło-metal
Minimalizacja naprężeń termomechanicznych podczas produkcji
Aby osiągnąć strukturyzację szkła o dużej gęstości i wysokiej precyzji, przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad zaawansowanymi metodami, w tym:
Obróbka mechaniczna: Umożliwia wzorowanie przelotek w skali mikronów
Reflow szkła: Wzorowanie bezmaskowe poprzez kształtowanie napędzane napięciem powierzchniowym
Skupione wyładowanie: Trawienie plazmowe dla zwiększonej rozdzielczości
Szkło z fotorezystem utwardzalnym UV: Selektywne trawienie poprzez fotolitografię
Ablacja laserowa: Bezdotykowe wiercenie z precyzją submikronową
Procesy indukowane laserem: Selektywne metalizowanie i modyfikacja powierzchni
Systematyczna klasyfikacja i analiza technologii obróbki mikromechanicznej:
Obróbka mikromechaniczna
Obróbka mikromechaniczna reprezentuje najbardziej konwencjonalną i bezpośrednią metodę produkcji, wykorzystującą mikro-narzędzia tnące lub środki ścierne do usuwania odsłoniętych obszarów materiału z obrabianych przedmiotów. Powszechnie wiadomo, że materiały kruche wykazują przepływ plastyczny zamiast łamania kruchego, gdy głębokość cięcia pozostaje znacznie poniżej progu krytycznego
1
3
. Zainspirowane tym mechanizmem deformacji, opracowano różne techniki mikromechaniczne zdominowane przez plastyczność, w tym mikro-toczenie, mikro-frezowanie, wiercenie i mikro-szlifowanie, wraz z ich hybrydowymi kombinacjami. Metody te umożliwiają produkcję precyzyjnych komponentów szklanych z minimalnymi uszkodzeniami powierzchni/podpowierzchni.
Obróbka strumieniem ściernym (AJM)
Jako opłacalny wariant AJM, obróbka strumieniem ściernym wykorzystuje strumienie ścierne o dużej prędkości (50-100 m/s) do erozji twardych materiałów poprzez mechanizmy uderzeniowe. Proces wykorzystuje mikro-ścierniwa (5-50 μm) unoszone w strumieniach gazu/wody, oferując korzyści takie jak:
Zredukowane siły kontaktu (<10 N)
Minimalne zniekształcenia termiczne (<50°C)
Kompatybilność z Si, szkłem, Al₂O₃ i kompozytami
Kluczowe parametry procesu:
Parametr
Krytyczny zakres
Wpływ na jakość TGV
Kąt strumienia
60°-80°
Symetria geometrii przelotki
Odległość od osłony
2-10 mm
Wydajność erozji
Obciążenie ścierne
20-40% wag.
Spójność otworów
Średnica dyszy
50-200 μm
Granica rozdzielczości bocznej
Implementacja AJM oparta na masce
Aby osiągnąć rozdzielczość sub-10 μm, naukowcy przyjęli dwuetapowy proces AJM:
Zmienność średnicy: odchylenie ±8% z powodu efektów odchylania strumienia
Chropowatość powierzchni: Ra > 100 nm na wejściach przelotek
Rollover krawędzi: 20-30 μm boczne podcięcie na przecięciach
Jak pokazano na poniższych rysunkach, obróbka mikromechaniczna wykazuje gorszą spójność TGV w porównaniu z metodami laserowymi. Obserwowane wahania wymiarowe (σ > 15 μm) i nieregularności profilu mogą pogorszyć integralność sygnału poprzez:
Zwiększoną pojemność pasożytniczą (>15%)
Histereza pojemność-napięcie (C-V)
Podatność na elektromigrację
Ta analiza jest zgodna z ustaleniami SEMATECH dotyczącymi niezawodności przelotowych otworów szklanych w zastosowaniach do pakowania 3D.
Wibracje ultradźwiękowe zwiększają wydajność obróbki, umożliwiając narzędzia z końcówkami w układzie interakcję z cząstkami ściernymi podczas oscylacji o wysokiej częstotliwości. Ziarna ścierne o wysokiej energii (np. 1 μm SiC) uderzają w szklane podłoże, przyspieszając tworzenie się przelotek, jednocześnie osiągając wyższe współczynniki kształtu (głębokość do średnicy).
Studium przypadku (Rys. X):
Projekt narzędzia: Niestandardowe narzędzie ze stali nierdzewnej z końcówkami w układzie kwadratowym 6×6
Parametry procesu:
Ścierniwo: cząstki SiC o wielkości 1 μm
Podłoże: szkło o grubości 1,1 mm
Wyjście: przelotka kwadratowa o wymiarach 260 μm × 270 μm
Ograniczenia i optymalizacja:
Chociaż oprzyrządowanie wielo-końcówkowe zwiększa gęstość układu (np. układy 10×10), praktyczne zyski w wydajności pozostają ograniczone przez:
Dynamika kolizji: Nakładanie się końcówek powoduje zakłócenia podczas wibracji ultradźwiękowych
Zarządzanie termiczne: Skumulowane ciepło tarcia przy wysokich częstotliwościach (>20 kHz)
Podejście to pozwala na uzyskanie ~300 przelotek/godzinę z 85% spójnością wymiarową (σ < 5 μm), przewyższając konwencjonalne AJM 4× pod względem prędkości, ale ograniczone złożonością narzędzia. W przypadku zastosowań o dużej przepustowości badane są systemy hybrydowe łączące agitację ultradźwiękową z ogniskowaniem wspomaganym laserem w celu złagodzenia tych wąskich gardeł.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!