中國粉體網(wǎng)訊  在半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)向高性能,、小型化,、低成本的方向迅猛發(fā)展的當下,，先進封裝技術(shù)已然成為突破摩爾定律瓶頸、推動行業(yè)前行的核心驅(qū)動力,。其中,，TGV（玻璃通孔）技術(shù)與TSV（硅基通孔）技術(shù)作為實現(xiàn)芯片間三維互連的關(guān)鍵方案，正展開激烈的技術(shù)競賽,，引發(fā)了整個半導體行業(yè)的高度關(guān)注,。​

核心技術(shù)原理：相似路徑，不同材質(zhì)​

TSV技術(shù)的核心目標是達成芯片內(nèi)部不同層面間的電氣連接,。其具體操作流程為,，在硅晶圓上精準蝕刻出垂直貫通的微小通孔，隨后在這些通孔中填充銅,、鎢等導電材料,。

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TGV技術(shù)則是在玻璃基板上構(gòu)建垂直貫通的微小通孔，并填充導電材料來實現(xiàn)電氣連接,。在玻璃材料的選擇上,，通常會選用具有較低熱膨脹系數(shù)和較高介電性能的高品質(zhì)硼硅玻璃或石英玻璃。

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性能特點：各有千秋,，TGV高頻優(yōu)勢凸顯​

信號完整性：在信號完整性方面，TSV與TGV各具特色,。TSV技術(shù)依托硅材料的特性,，在精確工藝控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)高速,、低噪聲和低失真的信號傳輸,。然而，隨著芯片集成度向5nm以下制程不斷逼近,，硅材料中自由載流子引發(fā)的信號干擾問題愈發(fā)嚴重,。特別是在6GHz以上的高頻場景下，信號衰減率大大增加,，這嚴重限制了其在5G基站,、數(shù)據(jù)中心等對高頻性能要求極高的領(lǐng)域的進一步應用。TGV技術(shù)則與之形成鮮明對比,，玻璃材料的介電常數(shù)低至3.8,，僅為硅材料的1/3，損耗因子低于0.001，較硅材料低2-3個數(shù)量級,，能夠更好地滿足信號高速,、穩(wěn)定傳輸?shù)男枨蟆?/p>

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機械性能：在機械性能方面，硅材料硬度和強度較高,，但受到較大外力沖擊時,，容易發(fā)生脆性斷裂。玻璃材料相對較脆,，但其機械穩(wěn)定性較強,，特別是在厚度小于100μm時，翹曲程度極小,。在對芯片尺寸和厚度要求較高的可穿戴設(shè)備和移動終端等應用中,，TGV技術(shù)所采用的玻璃基板能夠在保證機械性能的同時，實現(xiàn)更輕薄的設(shè)計,，滿足產(chǎn)品小型化,、輕量化的發(fā)展趨勢。

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應用領(lǐng)域：市場分化,，各據(jù)優(yōu)勢賽道​

TSV應用領(lǐng)域：憑借在提高芯片互連密度和降低信號傳輸延遲方面的顯著優(yōu)勢,，TSV技術(shù)在高性能芯片領(lǐng)域占據(jù)了重要地位，以英偉達H100GPU為例,，通過TSV技術(shù)實現(xiàn)的芯片互連,，使其數(shù)據(jù)處理速度提升了3倍，有力地支撐了AI訓練等高密度計算需求,。在存儲器領(lǐng)域,，特別是堆疊式動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的制作中，TSV技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的存儲容量和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度,，滿足大數(shù)據(jù)存儲和快速讀寫的需求,。在處理器和圖像傳感器等芯片中，TSV技術(shù)的應用也可顯著提升芯片性能,，使處理器能夠更快地處理數(shù)據(jù),，圖像傳感器能夠更快速、準確地捕捉和傳輸圖像信號,。​

H100GPU核心  來源:英偉達

TGV應用領(lǐng)域：TGV技術(shù)憑借其獨特的性能優(yōu)勢,，在多個新興領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谏漕l和微波領(lǐng)域,，TGV技術(shù)的優(yōu)良高頻電學特性能夠有效減少信號傳輸過程中的損耗和干擾,，提升射頻系統(tǒng)的性能；在微機電系統(tǒng)（MEMS）中,，TGV技術(shù)可用于實現(xiàn)MEMS器件與其他芯片之間的高效互連,，推動MEMS技術(shù)在傳感器,、執(zhí)行器等領(lǐng)域的應用發(fā)展；在先進封裝領(lǐng)域,，TGV技術(shù)作為一種新興的縱向互連技術(shù),，有望實現(xiàn)芯片之間距離最短、間距最小的互聯(lián),，為系統(tǒng)級封裝（SiP）和三維集成提供更優(yōu)的解決方案,，推動電子產(chǎn)品向小型化、高性能化方向發(fā)展,。​

基于TGV技術(shù)的全息天線  來源：Galler.High-gain millimeter-wave holographic antenna in package using glass technology

技術(shù)瓶頸與突破：挑戰(zhàn)并存,，創(chuàng)新驅(qū)動前行​

TSV技術(shù)瓶頸：盡管TSV技術(shù)應用廣泛，但也面臨著諸多挑戰(zhàn),。其中,，成本問題尤為突出，在HBM（高帶寬內(nèi)存）封裝中,，TSV成本占比接近30%,，這在很大程度上制約了其大規(guī)模應用，隨著芯片集成度的不斷提高,，硅材料在高頻應用中的信號完整性問題也日益凸顯,，成為阻礙其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。​

TGV技術(shù)瓶頸：TGV技術(shù)同樣面臨難題,，玻璃深孔加工難度較大,，傳統(tǒng)的激光鉆孔法在制作高深寬比通孔時，效率不足硅蝕刻的1/5,。玻璃材料相對較脆,，在加工過程中容易出現(xiàn)破裂等問題，影響產(chǎn)品良率,。

展望：技術(shù)競爭推動產(chǎn)業(yè)變革​

隨著半導體產(chǎn)業(yè)競爭的日益激烈,，對芯片性能、尺寸和成本的要求不斷提高,，TSV技術(shù)和TGV技術(shù)將持續(xù)演進。未來,，這兩種技術(shù)可能會相互融合,、取長補短，共同推動半導體封裝技術(shù)向更高水平發(fā)展,，為電子產(chǎn)品的性能提升和創(chuàng)新提供堅實的技術(shù)支撐,，重塑全球半導體產(chǎn)業(yè)格局。

參考來源:

鐘毅.芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進展

郭育華.玻璃通孔的高頻傳輸性能

Galler.High-gain millimeter-wave holographic antenna in package using glass technology

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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