Scalabilità della metallizzazione di vie attraverso il vetro per il packaging a livello di pannello

Il packaging avanzato dei semiconduttori affronta severi vincoli fisici ed economici, poiché i processori per il calcolo ad alte prestazioni e l'intelligenza artificiale richiedono interposer di dimensioni superiori a quelle consentite dai tradizionali wafer di silicio da 300 mm. Il packaging a livello di pannello risolve questa criticità trasferendo i processi su ampi substrati rettangolari in vetro o a base organica. Ciononostante, la metallizzazione di microstrutture ad alto rapporto d'aspetto su superfici estese introduce critici difetti di deposizione, tra cui sporgenze o occlusioni, cavità interne e scarsa aderenza tra metallo e dielettrico. VON ARDENNE ha ampliato la propria gamma di sistemi per rivestimenti sotto vuoto destinati ai semiconduttori verso il packaging a livello di pannello implementando lo sputtering con magnetron a impulsi ad alta potenza, noto con la sigla HiPIMS, sulla consolidata piattaforma modulare orizzontale di rivestimento HISS.

Meccanismo operativo dello sputtering ionizzato in strutture ad alto rapporto d'aspetto
La principale sfida ingegneristica nella metallizzazione per il packaging avanzato consiste nel rivestire le microstrutture delle vie attraverso il vetro e i fitti strati di ridistribuzione senza assottigliamento delle pareti laterali o microforature. La tradizionale tecnica di sputtering magnetronico a corrente continua produce un flusso composto prevalentemente da atomi neutri che seguono traiettorie con distribuzione cosinusoidale, determinando un accumulo eccessivo all'imboccatura dei fori e privando al contempo le pareti laterali e il fondo del materiale necessario. La tecnologia HiPIMS altera questo principio fisico applicando impulsi unipolari ad alta potenza di picco con bassi cicli di lavoro.

Questa scarica elettrica a impulsi genera un plasma ad altissima densità superiore a 10 elevato a 18 elettroni per metro cubo, ionizzando una frazione considerevole degli atomi metallici polverizzati. Applicando una polarizzazione al substrato, gli atomi bersaglio ionizzati vengono accelerati perpendicolarmente all'interno delle cavità profonde delle vie. Nei fori delle vie attraverso il vetro, questo flusso ionico direzionale deposita strati barriera e strati di innesco in rame uniformi, densi e altamente aderenti, eliminando la chiusura prematura dell'apertura e i difetti di sporgenza tipici della deposizione fisica da vapore non ionizzata.

Transizione del substrato dal wafer alla gestione orizzontale dei pannelli su scala industriale
Il passaggio della deposizione fisica da vapore dai wafer circolari di silicio da 300 mm ai pannelli rettangolari in vetro richiede una distribuzione omogenea del plasma e stabilità meccanica su superfici notevolmente più estese. L'integrazione della tecnologia HiPIMS nella piattaforma modulare orizzontale HISS stabilisce un percorso produttivo su scala industriale capace di garantire l'uniformità dello spessore e la densità strutturale sull'intera superficie del pannello.

Il dottor Holger Pröhl, responsabile delle tecnologie e delle applicazioni presso VON ARDENNE, ha dichiarato che l'HiPIMS riduce i costi di produzione a valle, poiché una migliore adesione e film più compatti riducono le lavorazioni di ripristino, prolungano la vita operativa e, in specifici flussi operativi, eliminano passaggi intermedi di condizionamento superficiale. Prevenendo la delaminazione tra film sottili e substrati lisci in vetro, i produttori possono incrementare le rese produttive nei settori più complessi del packaging dei semiconduttori.

Rendimento produttivo e fattori economici nell'integrazione eterogenea avanzata
La transizione dai formati circolari da 300 mm a grandi pannelli rettangolari massimizza l'area utilizzabile del substrato, riducendo le perdite per esclusione perimetrale insite nelle geometrie circolari durante la lavorazione di moduli multichiplet di grandi dimensioni. Questa efficienza volumetrica e superficiale è fondamentale per soddisfare gli elevati volumi di produzione richiesti dalle architetture di packaging avanzato, inclusa la realizzazione delle piste per gli strati di ridistribuzione e l'impilamento tridimensionale.

Le ricerche di mercato condotte da Yole Group indicano che il packaging a livello di pannello ha generato oltre 300 milioni di dollari di fatturato nel 2025 e prevede una crescita a un tasso annuo composto superiore al 40 per cento nei prossimi cinque anni. Una forte accelerazione verso il 2029 e il 2030 sarà trainata dall'ingresso di fonderie primarie come TSMC e dall'adozione di architetture di packaging ad alta densità per l'hardware dedicato all'intelligenza artificiale e al calcolo ad alte prestazioni, come dettagliato nel rapporto di Yole Group di marzo 2026 intitolato "Panel Level Packaging 2026".

Guido Ueberreiter, vicepresidente per le strategie nel settore semiconduttori presso VON ARDENNE, ha osservato che una movimentazione affidabile del substrato abbinata a una tecnologia di deposizione accurata costituisce un fattore abilitante primario per il packaging a livello di pannello, fornendo la stabilità di processo indispensabile per trasferire le ricette validate su wafer verso pannelli di grande formato mantenendo proprietà dei film su scala sub-nanometrica.

VON ARDENNE ha presentato questa tecnologia di deposizione in occasione della fiera di settore SEMICON West 2026, svoltasi dal 13 al 15 ottobre presso il Moscone Center di San Francisco.

Contesto aggiuntivo:
questa sezione illustra specifiche tecniche e valutazioni comparative di prestazione non incluse nell'annuncio originale del prodotto.

Nella metallizzazione delle vie attraverso il silicio e delle vie attraverso il vetro, i riferimenti tecnologici per la deposizione degli strati barriera e di innesco sono la deposizione fisica da vapore standard a corrente continua, la deposizione di strati atomici e la deposizione chimica da vapore. La deposizione di strati atomici offre una copertura dei gradini prossima al 100 per cento in fori con rapporto d'aspetto superiore a 10 a 1 o 20 a 1; tuttavia, i precursori chimici comportano velocità di crescita lente, spesso inferiori a 0,1 nanometri al secondo, rendendo il metodo antieconomico per linee di produzione di pannelli ad alta produttività. Al contrario, lo sputtering convenzionale con magnetron a corrente continua garantisce ritmi di deposizione massivi elevati, ma mostra una copertura carente sul fondo delle vie con rapporto d'aspetto superiore a 5 a 1, generando strati di innesco asimmetrici che compromettono la successiva fase di elettrodeposizione galvanica del rame.

La tecnologia HiPIMS costituisce un compromesso ingegneristico ionizzando dal 50 al 90 per cento degli atomi polverizzati, consentendo coperture laterali e di fondo comparabili a quelle dei metodi chimici e conservando al tempo stesso l'elevata purezza del film, la bassa resistività elettrica e gli alti volumi produttivi tipici della deposizione fisica da vapore. Nella lavorazione delle vie attraverso il vetro, le pareti levigate del vetro manifestano una debole adesione meccanica con il rame polverizzato, con valori di resistenza all'adesione inferiori a 5 megapascal e frequenti fenomeni di delaminazione durante i cicli termici. L'elevata energia cinetica degli ioni prodotta con l'HiPIMS genera una zona di interdiffusione atomica all'interfaccia, innalzando considerevolmente la resistenza dell'adesione e scongiurando la comparsa di microfessure causate dalla differenza nei coefficienti di dilatazione termica tra il nucleo in vetro e il rame.

A cura di Sucithra Mani, redattrice di Induportals – adattato da IA.

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