一、什么是TCV技術(shù)

陶瓷穿孔互連技術(shù)(TCV，Through Ceramic Via)簡稱TCV，是一種應(yīng)用于高密度三維封裝的新型互連技術(shù)。其利用陶瓷穿孔實現(xiàn)電路與電路之間、電路與附加單元之間線路垂直導(dǎo)通，利用薄膜多層電路實現(xiàn)多層布線，使電路體積在三維方向得到延伸，達(dá)到結(jié)構(gòu)密度最大化。TCV技術(shù)狀態(tài)下同等尺寸器件具備更多功能，擁有好的高頻性能，為微系統(tǒng)功率電路、無源元件和器件集成以及多功能單元的高密度組合提供了一種解決方案。典型的TCV器件如下圖所示。

圖 TCV概念圖

二、TCV技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

因傳統(tǒng)基板工藝在圖形線寬/線距、任意層互連、無源器件集成等方面的限制，無法一體化集成部分高性能單元。當(dāng)前小型化產(chǎn)品通常的做法是通過后期微組裝技術(shù)在多層基板上實現(xiàn)平面集成，所有功能單元只能在基板二維方向上平鋪安裝，嵌入器件的級聯(lián)設(shè)計較為復(fù)雜，產(chǎn)品體積較大，成本較高。

圖 TCV集成結(jié)構(gòu)示意圖

TCV技術(shù)采用通孔互連和線路重分布，使平面分布的高精度、高功率的薄膜電路體積在三維方向得到延伸，大大提高了結(jié)構(gòu)密度，減少了器件尺寸。通過TCV技術(shù)將薄膜多層電路、無源器件、倒裝芯片、TSV等封裝到獨立的IP核中，再裝配到多層母板表面，可以有效解決寬帶射頻垂直傳輸、高精度器件、無源器件集成等問題，并有效縮小系統(tǒng)體積，為微系統(tǒng)集成提供有力支持。在TCV集成模塊中可以將射頻單元、功率單元、處理單元等通過平面?zhèn)鬏敗⒃?a href="http://www.nxhydt.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合和垂直互聯(lián)的方式緊密集成一體，整體可進(jìn)行氣密性封裝。基于TCV技術(shù)的微波組件在共形陣列天線、智能蒙皮、微型導(dǎo)彈、微納衛(wèi)星等系統(tǒng)微小型產(chǎn)品中具有廣泛的應(yīng)用前景。

三、TCV技術(shù)的工藝流程

TCV的集成工藝流程是從經(jīng)典的薄膜制程中提升和發(fā)展而來，其中共性技術(shù)如金屬化、圖形光刻、顯影、蝕刻、電鍍、集成電阻等是必不可少的技術(shù)能力。而TCV需要突破的核心技術(shù)在于微通孔的加工、實心孔的金屬化、多層布線、陶瓷的三維堆疊等。另外，在共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上特別需要關(guān)注多個制程和工序的兼容性。TCV制作工藝流程采用并行方式實現(xiàn)多個單元的陶瓷薄膜電路加工，然后將各單元焊接疊裝并測試整件性能。

圖 TCV工藝流程圖

TCV關(guān)鍵技術(shù)：

1）薄膜多層布線技術(shù)

薄膜多層布線技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵是具有穩(wěn)定可靠的介質(zhì)膜層和膜層表面形成穩(wěn)定可靠的圖形。

2）介質(zhì)微孔互連技術(shù)

在薄膜多層布線結(jié)構(gòu)中，兩個不同層間的互連工藝屬于非填充型工藝，要求接觸電阻小，無斷路現(xiàn)象。

3）陶瓷立體穿孔互連技術(shù)

TCV技術(shù)的3D方向堆疊通過不同層級基片間陶瓷穿孔互連實現(xiàn)。傳統(tǒng)薄膜工藝通常采用激光打孔后濺射金屬化的方法制備空心接地孔。此方法無法滿足TCV層間的倒裝焊植球、高頻信號傳輸?shù)纫蟆２捎糜∷⑻羁缀碗婂兲畛鋬煞N方案可實現(xiàn)陶瓷立體互連通孔。在TCV工藝中可采用深孔電鍍方式對通孔進(jìn)行填充，其具有通孔氣密、導(dǎo)電性優(yōu)良的特點。

4）TCV板級三維焊接技術(shù)

TCV板級三維焊接技術(shù)中首先應(yīng)確認(rèn)合理的焊接材料、焊盤設(shè)計加工以及焊接工藝方法參數(shù)等。根據(jù)基板面積大小的不同，可選用焊球凸點焊接和焊盤對接兩種方法實現(xiàn)。另外，在多級焊接中，應(yīng)根據(jù)工藝流程兼容性要求選擇不同熔化溫度的焊料實現(xiàn)梯度焊接。

TCV技術(shù)可將芯片和功能基板進(jìn)行垂直互連，實現(xiàn)寬帶射頻功能單元以及系統(tǒng)的微型化，是系統(tǒng)2.5D和3D異構(gòu)集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。