集成無(wú)源互連

無(wú)源互連是電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能中必不可少的一部分。隨著更高算力，更高帶寬傳輸，更高集成度模組等技術(shù)的不斷演進(jìn)，對(duì)無(wú)源集成也提出了更高的要求。

Intel等國(guó)際先進(jìn)的高算力運(yùn)算芯片廠家宣布即將開(kāi)始導(dǎo)入玻璃基板的量產(chǎn)化，引領(lǐng)基于玻璃的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈急速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外眾多廠商間掀起一股技術(shù)浪潮。基于玻璃基底的全制程工藝解決方案，正成為支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。

玻璃的優(yōu)勢(shì)

玻璃作為一個(gè)日常生活中非常常見(jiàn)的一種材料，因?yàn)槠淠屠錈嵝裕苄慰杉庸ば?，電絕緣性，以及性能穩(wěn)定，是許多日用品的常用材料。而隨著高算力，高傳輸帶寬，高集成度模組的不斷發(fā)展，對(duì)無(wú)源互連集成度提出更高要求，需要在半導(dǎo)體器件和封裝行業(yè)，除了單晶硅(Si)和有機(jī)樹(shù)脂類材料之外，需要尋找更適合高集成無(wú)源互連的新型材料。而玻璃正是在這種應(yīng)用的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，成為集成無(wú)源互連方案中最具競(jìng)爭(zhēng)力的一種選擇。

玻璃的電性能是選擇玻璃作為無(wú)源基材的主要原因之一。相比較于硅，玻璃具有極佳絕緣性能的優(yōu)勢(shì)。在高頻率傳輸或無(wú)線射頻/毫米波等領(lǐng)域，尤其能體現(xiàn)其優(yōu)越的性能。玻璃的機(jī)械和熱穩(wěn)定性好，且在幾十年來(lái)的應(yīng)用中使之形成非常成熟的高精度、高質(zhì)量、高平整度、大尺寸的加工能力，非常適合進(jìn)行大規(guī)模集成電路薄膜工藝。近些年來(lái)在TGV玻璃通孔工藝在工程技術(shù)和高效率生產(chǎn)方面中的逐步成熟，進(jìn)一步推動(dòng)玻璃基底成為無(wú)源互連領(lǐng)域應(yīng)用的最具競(jìng)爭(zhēng)力的集成解決方案選擇。

玻璃在半導(dǎo)體無(wú)源互連的應(yīng)用內(nèi)容豐富。其首當(dāng)其沖的便是IPD集成無(wú)源器件應(yīng)用。集成無(wú)源器件在射頻，模擬，電源管理，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等等SIP模組中已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用。隨著玻璃集成無(wú)源器件對(duì)性能和集成度的進(jìn)一步提升，將獲得更廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用，幫助實(shí)現(xiàn)更多的無(wú)源集成化的模組方案。

玻璃集成無(wú)源器件(Glass IPD)

IPD集成無(wú)源器件是實(shí)現(xiàn)高性能小型化模組的必要條件。傳統(tǒng)無(wú)源器件普遍使用厚膜等工藝，加工精度及器件尺寸都難以同主芯片進(jìn)行共同封裝應(yīng)用。只有通過(guò)無(wú)源器件的小型化和芯片化，才能實(shí)現(xiàn)高集成度的模組。

IPD技術(shù)通過(guò)選用適合無(wú)源需求的基底材料，集合MEMS和先進(jìn)封裝工藝制程，半導(dǎo)體薄膜沉積及圖形化工藝，實(shí)現(xiàn)無(wú)源器件的小型化。

而基于玻璃及玻璃通孔TGV的特性，則可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高性能和集成度的無(wú)源器件應(yīng)用：例如射頻器件，毫米波無(wú)源電路，射頻天線，高性能電容，磁芯電感，高隔離度變壓器等等?；谶@些無(wú)源能力的TGV IPD工藝平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)全面無(wú)源集成。下面通過(guò)一些典型器件加以說(shuō)明。

基于TGV 工藝的射頻電感優(yōu)勢(shì)

基于TGV工藝的三維環(huán)繞螺線電感，其使用玻璃基底，絕緣性能好，損耗更低；玻璃介電常數(shù)低, 一般為Si基的三分之一，使其寄生電容效應(yīng)低；另外玻璃基底本身成本較低，有經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)。利用TGV可充分利用基底垂直空間，實(shí)現(xiàn)3D電感，通孔的截面積大，損耗低，電感Q值高，電感占用平面面積較小，集成度高。

2D高阻硅IPD電感性能

TGV IPD電感性能, Q值高>50%

TGV IPD vs 2D IPD 濾波器性能對(duì)比，插損低>30%

基于TGV工藝的毫米波無(wú)源優(yōu)勢(shì)

基于TGV IPD工藝，還可應(yīng)用于毫米波無(wú)源器件領(lǐng)域。使用玻璃基底，絕緣性能好，尤其是在毫米波頻段其低損耗優(yōu)勢(shì)更明顯。TGV IPD使用薄膜工藝，加工工藝精度高，適合高頻率器件對(duì)電路尺寸精度的高要求。相對(duì)共燒陶瓷等厚膜工藝，TGV IPD金屬粗糙度更低，毫米波頻段下具有更低損耗表現(xiàn)。

基于TGV工藝的螺旋天線

使用TGV工藝也可高效率實(shí)現(xiàn)螺旋天線。TGV成孔工藝相對(duì)機(jī)械成孔更高精度且更可靠，可實(shí)現(xiàn)更緊密螺旋。玻璃基天線AiP(Antenna in Packaging)封裝也是天線集成的高效率方案。

基于TGV工藝的電容

基于玻璃襯底的電容，由于其高絕緣性，可避免襯底漏電，幫助提升電容絕緣能力。下圖可見(jiàn)Si上電容由于硅基半導(dǎo)體特性帶來(lái)的對(duì)電容Q值性能的影響，明顯低于玻璃基底的絕緣性能。另外，利用玻璃通孔，可實(shí)現(xiàn)背面連接，降低電感寄生。利用玻璃通孔能力還可增加表面積，實(shí)現(xiàn)更高的電容密度。

Glass vs Si 電容性能對(duì)比

森丸電子IPD方案

森丸電子作為國(guó)內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)TGV通孔制備到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化完整半導(dǎo)體工藝能力的團(tuán)隊(duì)，在其玻璃基底上，建立了兼有高阻硅，平面玻璃和TGV IPD的多種工藝實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。此平臺(tái)結(jié)合了金屬/氧化物/氮化物等薄膜的沉積、玻璃通孔及金屬化、濕法及干法刻蝕、多層厚金屬連接、深硅刻蝕、CMP拋光等工藝，并結(jié)合AOI外觀檢測(cè)、探針臺(tái)電性能檢測(cè)及各類過(guò)程檢測(cè)等測(cè)試能力，實(shí)現(xiàn)了高精度的平板電容和高Q值電感。一個(gè)典型的森丸電子IPD工藝截面如下圖所示：

森丸TGV-IPD工藝方案界面圖

基于高阻硅基底的CMOS方案或GaAs基底的IPD工藝方案，需要兼顧其主平臺(tái)對(duì)其他主產(chǎn)品工藝的需求，其工藝材料、厚度、層數(shù)等各種客觀因數(shù)的限制，無(wú)法做到針對(duì)IPD集成無(wú)源器件的最優(yōu)化工藝方案。

森丸IPD是專業(yè)的IPD工藝方案平臺(tái)，僅針對(duì)集成無(wú)源器件需求而定制開(kāi)發(fā)。森丸團(tuán)隊(duì)對(duì)無(wú)源器件需求的深刻理解，針對(duì)最優(yōu)性能的工藝制程，兼具成本、性能、可靠性和靈活性優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前IPD工藝方案中最具競(jìng)爭(zhēng)力的平臺(tái)。

根據(jù)如下表，簡(jiǎn)略對(duì)比不同方案，僅供參考；

審核編輯：劉清