مقاله ای برای درک بسته بندی سه بعدی از طریق شیشه از طریق فناوری پردازش (TGV)

"بیشتر از مور" اهرم دارهانباشت سه بعدیبراي فعال کردنادغام ناهمگناز چند تراشهارتباطات متقابل در سطح و عمودی ، استخدامادغام در سطح سیستماستراتژی ها را به طور قابل توجهی افزایش دهیدبهره وری فاکتور فرمتکنولوژی اتصال عمودی مقیاس ابعاد را در امتدادمحور z، باعث پیشرفت های مداوم درادغام در سطح سیستم.از طریق تکنولوژي، از طریقروش های مبتنی بر مداخله ، یکی از امیدوار کننده ترین راه حل های اتصال سه بعدی است و به یکتمرکز تحقیقات جهانیدر بسته بندی پیشرفته.

از نظر تاریخی،زیربناهای شیشه ایبا چالش هایی که در رسیدن بهکیفیت سوراخ(به عنوان مثال، از طریق هندسه، خشکی سطح)الزامات قابلیت اطمینان از طراحان و مصرف کنندگان نهایی، که یک تنگنای حیاتی برایاز طریق شیشه (TGV) برای استفاده در بسته بندی پیشرفته.فوندری ها، این تکنولوژی هنوز نیاز به پیشرفت قابل توجهی در:

1. کنترل یکسانی برایراه های با نسبت بزرگ (AR > 50:1)​
2. بهینه سازیچسبندگی رابط شیشه ای فلزی​
3. کاهش فشار حرارتي-مکانيکيدر طول ساخت

براي دسترسيساختار شیشه ای با چگالی بالا و دقت بالا، تحقیقات گسترده ای در مورد روش های پیشرفته انجام شده است، از جمله:

1. ​میکرو ماشین آلات مکانیکی: اجازه می دهد تا مقیاس میکرو از طریق الگوی
2. ​گلاس بازپرداخت: شکل گیری بدون ماسک از طریق تغییر شکل ناشی از تنش سطح
3. ​تيراندازي متمرکز: حفر پلاسما برای افزایش وضوح
4. ​شیشه ی ضد اشعه ی UV: حکاکی انتخابی از طریق فوتولیتوگرافی
5. ​ليزر: حفاری بدون تماس با دقت زیر میکرو
6. ​فرایندهای ناشی از لیزر: متالیزاسیون انتخابی و تغییر سطح

طبقه بندی سیستماتیک و تجزیه و تحلیل فن آوری های میکرو ماشینکاری:​

1. ​ماشین آلات میکانیکی​
   میکرو ماشین آلات مکانیکی نشان دهنده رایج ترین و مستقیم ترین روش ساخت است، با استفاده از ابزارهای کوچک برش یا مواد خیس کننده برای حذف مناطق متجلی مواد از قطعات کار.به طور گسترده ای شناخته شده است که مواد شکننده نشان می دهدجريان کششيبه جایشکستگی شکنندهزمانی که عمق برش به طور قابل توجهی زیر آستانه بحرانی باقی می ماند
   1

   3
   از این مکانیسم تغییر شکل الهام گرفته شده است، تکنیک های مختلف میکرو ماشینکاری با تسلط دوکتیل توسعه یافته است، از جمله:ميكرو گردي،فرنگ،حفاری، ومیکرو پیسشاین روش ها تولید قطعات شیشه ای دقیق را با حداقل آسیب سطح / زیر سطح امکان پذیر می کنند.

​ماشین آلات آبریزوی جت (AJM) ​
به عنوان یک نوع AJM مقرون به صرفه، ماشینکاری جت سفت کننده از جت های باردار تیز سرعت (50-100 متر در ثانیه) برای فرسایش مواد سخت از طریق مکانیسم های ضربه استفاده می کند.میکروآبراسیو(5-50 μm) در جت های گاز/آب جذب می شوند که مزایای مانند:

• نیروی تماس کاهش یافته (<10 N)
• حداقل تحریف حرارتی (<50°C)
• سازگاری با سی، شیشه، Al2O3 و مواد ترکیبی

​پارامترهای کلیدی فرآیند:​

​اجراء اجمالی در قالب ماسک​
برای دستیابی به وضوح کمتر از ۱۰ میکرو متری، محققان یک فرآیند AJM دو مرحله ای را اتخاذ کردند:

1. ​SU-8 ماسک نورپردازی: از طریق لیتوگرافی ماوراء بنفش (تعرض به نور 365 نانومتر)
2. ​Al2O3 آبریزوی جت اتشینگ:
   • پارامترهای فرآیند: فشار 0.5 MPa، زاویه سقوط 45°
   • قطر TGV به دست آمده: 600 μm (±5٪ یکسانی)
   • بستر: شیشه Pyrex 7740 با ضخامت 500 μm

​محدودیت های عملکرد (شکل X):​

• ​متغیریت قطر: ±8٪ انحراف ناشی از اثرات انحراف جت
• ​خشکی سطح: Ra > 100 nm در ورودی ها
• ​" رولت اوور ": 20-30 μm overcut جانبی در تقاطع

همانطور که در شکل های زیر نشان داده شده است، میکرو ماشین آلات مکانیکی نسبت به روش های مبتنی بر لیزر، ثبات TGV پایین تر را نشان می دهد.نوسانات ابعاد مشاهده شده (σ > 15 μm) و ناهنجاری های پروفایل ممکن است یکپارچگی سیگنال را از طریق:

• افزایش ظرفیت انگل (>15٪)
• هیستریز ظرفیت و ولتاژ (C-V)
• حساسیت به مهاجرت الکتریکی

این تجزیه و تحلیل با یافته های SEMATECH در مورد شیشه شفاف از طریق قابلیت اطمینان در برنامه های بسته بندی سه بعدی مطابقت دارد.

​
ارتعاشات فوق صوتي باعث بهبود کارايي ماشين سازي مي شودابزار های نوک داربرای تعامل با ذرات خیس کننده تحت نوسانات فرکانس بالا. دانه های خیس کننده با انرژی بالا (به عنوان مثال، 1 μm SiC) بر بستر شیشه تاثیر می گذارند و از طریق تشکیل تسریع می کنند در حالی که بالاتر از نسبت ابعاد(عمق تا قطر)

​مطالعه موردی (شکل X):​

• ​طراحی ابزار: ابزار مخصوص فولاد ضد زنگ با نوک های مربع 6 × 6
• ​پارامترهای فرآیند:
  • مواد خیس کننده: ذرات 1μm SiC
  • بستر: شیشه 1.1 میلی متر ضخامت
  • خروجی: 260 μm × 270 μm مربع مخروطی از طریق
  • نسبت ابعاد: 5: 1 (عمق متوسط / قطر)
  • سرعت حک: 6 μm/s
  • خروجی: ~4 دقیقه در هر مسیر

محدودیت ها و بهینه سازی:​
در حالی که ابزار چند نوک تراکم آرایه را افزایش می دهد (به عنوان مثال، آرایه های 10 × 10) ، دستاوردهای عملی بهره وری محدود به:

1. ​ديناميك برخورد: همپوشانی نوک باعث تداخل در طول ارتعاش فوق صوتی می شود
2. ​استفاده از جاروبرقی: ریختن ذرات باعث کاهش عمر واقعی برش می شود
3. ​مدیریت حرارتی: گرما تجمعی اصطکاک در فرکانس های بالا (> 20 kHz)

این رویکرد به ~ 300 vias / ساعت با ثبات ابعادی 85٪ (σ < 5 μm) می رسد و از AJM معمولی 4 × در سرعت فراتر می رود اما توسط پیچیدگی ابزار محدود می شود.سیستم های ترکیبی ترکیبی از تحریک فوق صوتی با تمرکز با کمک لیزر در حال بررسی برای کاهش این تنگنایی ها هستند.