טכנולוגיות 5G וחישוב דיגיטלי מתקדם דורשות קישוריות מהירה במיוחד עם פגיעה מינימלית באות. ככל שמעגלי mmWave/RF שואפים להתרחב ל-170 GHz ואף מעבר לכך, גוברת ההתעניינות בחומרים חדשים לשימוש כמצע (substrate) ו/או אינטרפוזר (interposer).
יישומים כגון רפואה (ובעיקר מכשירים מושתלים), תקשורת נתונים וחלל-אוויר דורשים ביצועים גבוהים, אמינות מרבית ודיוק בתוך טביעות רגל קטנות. לזכוכית יתרונות של קיימות, עמידות, ביצועים גבוהים ואפשרויות מיזעור, ההופכים אותה למתאימה במיוחד לצרכים המתפתחים של התעשייה. החדשות הטובות הן שטכנולוגיית Glass Core Technology (GCT) כבר עברה את שלב המחקר והפיתוח, וכיום זמינה בייצור המוני.
חלק מהמוצרים המתקדמים ביותר בשוק, המשתמשים באריזות מתקדמות, מבוססים על טכנולוגיית GCT הקניינית של ,Samtec המאפשרת קישוריות בעלת ביצועים גבוהים. בין המוצרים ניתן למצוא אנטנות, פילטרים, מודולים עם מערך פאזה (phased-array) ומפצלים, כולם מבית חברות מובילות בתעשיית התקשורת והאלקטרוניקה הרפואית. בנוסף, טכנולוגיית GCT של Samtec משמשת גם עבור גלי-מנחה מוטמעים במצע (substrate integrated waveguide) – טכנולוגיה התורמת לאינטגרציית רכיבים (chiplets) .
ייצור GCT בנפח גבוה
Samtec משכללת את תהליך ה-GCT שלה במשך שנים, וכיום היא פועלת בייצור המוני המבוסס על תהליכים בוגרים לפרוסות זכוכית מסוג בורוסיליקט, קוורץ סינתטי/סיליקה מותכת, וספיר. זכוכית מציעה יתרונות משמעותיים בהשוואה ללמינציות נחושת על סיליקון או על מצעים אורגניים.
יתרונות אלו כוללים ביצועים (הודות לקבוע דיאלקטרי נמוך שמאפשר העברת אות מהירה ונקייה), אריזה (שילוב של רכיבים פסיביים ומיזעור) ועמידות סביבתית (שימור ביצועים בטווח טמפרטורות רחב). עם זאת, ייצור על גבי זכוכית דורש הבנה מתקדמת במדעי החומרים ובפיזיקה, במיוחד בכל הנוגע להתמודדות עם שברים וליצירת מבנים רב-שכבתיים מבלי לגרום לשבר [1].
כדי להבטיח שליטה מיטבית בתהליך, Samtec שומרת את כלל שלבי הייצור “בתוך הבית”, מה שמאפשר בקרת איכות קפדנית והימנעות מתקלות בשרשרת האספקה. חשוב להבין את החשיבות שבהחזקת השליטה המלאה הן בתהליכים שלפני (upstream) והן בתהליכים שאחרי (downstream) בעת יצירת מעגל זכוכית שלם. שליטה מלאה בתהליך כולו חיונית להבטחת אמינות גבוהה.
נכון להיום, המוצרים הפופולריים ביותר בטכנולוגיית GCT של Samtec הם TGVs (דרך-זכוכית ויאס) ומעגלים מבוססי RDL (שכבות חלוקה מחדש). לקוחות משתמשים ב-TGVs ו-RDLs ליצירת תבניות של רכיבים כמו פילטרים, גלי-מנחה ועוד. הדבר מאפשר אותות נקיים יותר, אובדן אות מופחת, ופחות רכיבים נפרדים להרכבה. שותפים רבים של Samtec משתמשים ב-GCT כהרחבה לעיצוב המעגלים שלהם.
אם אתם שוקלים לעבור לטכנולוגיית GCT – אלו חמשת הדברים החשובים שכדאי להבין:
- מיניאטוריזציה וגדלי תכונות (Feature Sizes) המכשירים הופכים קטנים יותר, מה שמגדיל את הצורך בפתרונות קישוריות קומפקטיים ועמידים. GCT מאפשרת גדלים זעירים וצפופים במיוחד, עם אפשרות לעקבות (traces) בגודל של 10/10 מיקרון. הפלטפורמה הבסיסית של GCT מבוססת לרוב על Stacking תלת-ממדי (2.5D או 3D), והיא אינה מתאימה באופן טבעי למבני wirebond.
- התאמת מקדם התפשטות תרמית (CTE) לסיליקון ככל שעולה ההספק, תכונות תרמיות כמו CTE (מקדם התפשטות תרמית) הופכות לקריטיות. CTE מייצג את יכולתו של חומר להתרחב ולהתכווץ בהתאם לשינויים בטמפרטורה. עבור מעגלי GCT שמתחברים לסיליקון – מומלץ לבחור בזכוכית בורוסיליקט, בזכות התאמת ה-CTE הקרובה ביותר (כ-3.3ppm/°C), מה שמפחית את הסיכון למתח פיזי בנקודות ההצמדה.
- תכונות חשמליות GCT מאפשרת שימוש בליתוגרפיה ליצירת שכבות RDL, בשונה מתהליכי שכבות עבות (thick film) הנהוגים עם מצעים אורגניים. תוצאה זו מאפשרת השגת ביצועי אות מהטובים בתעשייה – נתון חשוב במיוחד עבור רכיבים עתירי תדר, מבני בדיקה, ניתוב אותות, וטכנולוגיות סלולריות מתקדמות.
- שקיפות זכוכית היא חומר שקוף, מה שמאפשר שימוש בשיטות הרכבה או יישומים שבהם השקיפות מהווה יתרון. קוורץ סינתטי/סיליקה מותכת מציעים את רמות הטוהר והבהירות הגבוהות ביותר – אידיאלי ליישומים בתדרים גבוהים ולמערכות אופטיות.
- אטימה הרמטית (Hermeticity) ה-TGVs של Samtec אטומים באופן הרמטי – נתון חשוב במיוחד עבור יישומים רגישים כמו מערכות חלל, מכשירי MEMS ומערכות רפואיות משובצות. GCT מאפשרת אטימה כמעט מלאה, עם טופוגרפית פני שטח שטוחה במיוחד.
קרדיט: Samtec
יכולות GCT של Samtec :
טכנולוגיית GCT של Samtec היא תהליך קנייני המתבסס על יצירת TGVs בקוטר קטן ובצפיפות גבוהה, העוברים תהליך מתכתי ואטימה הרמטית. לאחר מכן הם מחוברים באמצעות שכבות RDL דקות, בטכנולוגיית thin film, ליצירת מעגלים מותאמים אישית על גבי מצע זכוכית. מבנה זה מספק פריסת קישוריות (fan-out) בהפסדים נמוכים בין שבבים לבין מארזים, ומוזיל עלויות לעומת אינטרפוזרים מבוססי סיליקון.
קרדיט: Samtec
ל-Samtec ניסיון עשיר בפיתוח ובייצור של מוצרים מבוססי GCT, והיא מציעה פתרונות Turn-Key מלאים: תכנון, ייצור, בדיקות אמינות, הגדלת קנה מידה, ותמיכה. מתקניה עומדים בתקני ITAR ו-ISO, ומאובזרים בטכנולוגיות הליתוגרפיה, השקעת השכבות ובדיקות המטרולוגיה המתקדמות ביותר.
הפניות [1] היילי, גרגורי. המירוץ למצעי זכוכית, הנדסת מוליכים למחצה, 29 במאי 2024.
[2] טכנולוגיית ליבת זכוכית | Samtec
קרדיט תמונת שער: Samtec
