在热负荷作用下，TSV（Through-Silicon Vias）和TGV（Through-Gate Vias）互连结构中电气传输特性的演变

《IEEE Transactions on Device and Materials Reliability》：Evolution of Electrical Transmission Characteristics in TSV and TGV Interconnect Structures Under Thermal Loading

硅通孔（TSV）和玻璃通孔（TGV）的电性能与可靠性对比研究。通过分析热负载下TSV和TGV的电气传输特性，发现TGV在优化信号线间距和增加接地孔后高频性能显著提升，且热冲击测试中TSV在低循环次数下性能骤降，而TGV在高循环中仍保持稳定。微观结构显示TSV存在绝缘层开裂和铜与硅基底桥接问题，而TGV的RDL与PI分层缺陷对电性能影响较小。TGV兼具更优的高频传输性能和热稳定性可靠性优势。

　　

摘要：

硅通孔（TSV）和玻璃通孔（TGV）对于先进的芯片封装至关重要，它们实现了垂直互连并提升了带宽。芯片密度的增加导致热量产生大幅上升，这引发了TSV和TGV之间的热膨胀系数（CTE）不匹配问题，进而产生了内部应力，可能降低电气性能和可靠性。本研究探讨了TSV和TGV互连结构，在热负荷条件下评估了它们的电气传输特性，并以电气传输特性作为衡量标准来比较两者之间的可靠性差异。研究结果表明，TGV的电气传输特性通常优于TSV。特别是通过增加信号通孔间距和添加额外的接地通孔进行优化后，TGV在高频性能方面表现出显著提升。此外，热冲击测试显示，TSV在较低的热冲击次数下就会迅速出现传输特性下降，而TGV即使在较高次数下下降也较为缓慢。通过微观结构分析发现，TSV的绝缘层会出现裂纹，导致电流泄漏和传输性能下降；而TGV仅在RDL（ redistribution layer）和PI（passive interlayer）之间出现轻微分层现象，对传输特性影响不大。在高温环境下，TSV由于空气间隙的形成最初会表现出传输性能的提升，但随着铜材料向硅基底扩散并形成桥接，其传输性能会急剧下降。相比之下，TGV在高温下由于铜内部裂纹的扩展而逐渐出现阻抗增加，但这种影响相对较小。因此，与TSV相比，TGV不仅在传输性能上更优，而且在热负荷条件下也具有更高的可靠性。