通孔技术

2023-07-11


       通孔技术,指的是涉及使用用于电子部件的安装方案引线上被插入到组件孔钻在印刷电路板(PCB)和焊接到焊盘上通过手动组装(手动放置)或使用自动插入安装机来安装对面。如今通孔技术几乎完全取代了早期的电子组装技术,例如点对点结构。从1950年代的第二代计算机到1980年代中期表面贴装技术(SMT)开始流行,典型PCB上的每个组件都是通孔组件。PCB最初只在一侧印刷轨道,后来在两侧印刷,然后使用多层板。通孔变成镀通孔(PTH)以使组件与所需的导电层接触。SMT板不再需要镀通孔来进行组件连接,但仍用于在层之间进行互连,并且在此角色中通常称为通孔。随着半导体产业的不断发展,通孔技术成为芯片设计后处理的关键工艺,目前主流的通孔技术可分为三种,分别为硅通孔(Through-Silicon Via,TSV),陶瓷通孔互连(Through Ceramic Via,TCV)和玻璃通孔技术(Through Glass Via,TGV)

       为了响应集成电路行业更高速、更高集成度的要求,TSV成为半导体封装核心技术之一,解决芯片垂直方向上的电气和物理互连,减小器件集成尺寸,实现封装小型化。为了在芯片与芯片、芯片与基板之间进行信号的传递,芯片互连技术对于实现物理连接和电气连接都有不可或缺的重要作用。其中,TSV是实现这种物理和电气连接的关键技术之一,该技术是在垂直方向上堆叠的晶网之间制作通道,在通孔内进行高导电性材料的填充,品圆以较大密度堆叠在一起,从而能够实现目前电子器件多功能集成且封装尺寸更小的技术要求。因此,TSV也被称第四代互连封装技术,为加快三维集成封装技术的迅速发展提供了可能。

       TCV是一种应用于高密度三维封装的新型互连技术。其利用陶瓷穿孔实现电路与电路之间、电路与附加单元之间线路垂直导通,利用薄膜多层电路实现多层布线,使电路体积在三维方向得到延伸,达到结构密度最大化。TCV技术状态下同等尺寸器件具备更多功能,拥有好的高频性能,为微系统功率电路、无源元件和器件集成以及多功能单元的高密度组合提供了一种解决方案TCV技术采用通孔互连和线路重分布,使平面分布的高精度、高功率的薄膜电路体积在三维方向得到延伸,大大提高了结构密度,减少了器件尺寸。通过TCV技术将薄膜多层电路、无源器件、倒装芯片、TSV等封装到独立的IP核中,再装配到多层母板表面,可以有效解决宽带射频垂直传输、高精度器件、无源器件集成等问题,并有效缩小系统体积,为微系统集成提供有力支持。基于TCV技术的微波组件在共形阵列天线、智能蒙皮、微型导弹、微纳卫星等系统微小型产品中具有广泛的应用前景。

       随着集成电路技术的发展,摩尔定律终结的声音愈来愈强,平面集成电路面临严峻挑战,2.5D集成技术的出现将集成空间扩展到了第三维度,显著提升了空间的利用率。与传统的平面集成技术相比,2.5D集成技术通过垂直互连结构传输信号,具有集成度高,功耗低,设计灵活,易于实现异质集成等优势,是目前半导体技术领域的研究热点之一。基于TSV结构的硅基转接板(Silicon Inteposer)是实现2.5D集成的关键技术,为现阶段研发和应用的重点。但是,硅材料是一种半导体材料,且损耗角正切值较大,衬底的导体损耗和介电损耗严重影响了信号的完整性,另一方面,硅基转接板的加工和微组装成本较高,严重限制了其应用。玻璃基转接板(Glass Interposer)的出现为人们提供了另外一种选择,玻璃材料具有绝缘特性和低损耗性质,因而具有优良的电学性能和低成本潜质,是下一代转接技术发展的方向之一。TGV具有高频电学特性优异、成本低、工艺流程简单、机械稳定性强等应用优势,在射频器件、微机电系统(MEMS)封装、光电系统集成等领域具有广泛的应用前景。



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