Giới thiệu

Công nghệ không dây đang phát triển và chúng ta đang hướng tới 6G và dải tần dưới 100 GHz (sub-THz). Các vật liệu hữu cơ truyền thống đang trở nên quá nhiễu và tổn hao đối với các tín hiệu tần số cao. Để giải quyết vấn đề này, các bộ chuyển đổi trung gian (interposer) đã được phát triển để kết nối các lớp, liên kết các chip hiệu năng cao với bảng mạch.

Trong nhiều năm, silicon đã là tiêu chuẩn vàng cho bao bì mật độ cao. Tuy nhiên, một đối thủ mới đang nổi lên, đó là thủy tinh. Chúng ta hãy so sánh hai vật liệu này và xem xét những ưu điểm và nhược điểm của việc chuyển sang kiến ​​trúc dựa trên thủy tinh.

So sánh giữa thủy tinh và silicon

Trong khi Silicon là chất bán dẫn có thể được chế tạo để có điện trở suất cao phục vụ mục đích tần số vô tuyến, thì Thủy tinh lại là chất cách điện tự nhiên. Bảng sau đây cung cấp những điểm khác biệt chính giữa chúng dựa trên cách chúng xử lý tín hiệu tần số cao.

Ưu điểm của các tấm kính trung gian

Sau đây là một số lợi ích hoặc ưu điểm của tấm kính trung gian.

1. Nó mang lại hiệu suất RF vượt trội. Ở tần số trên 100 GHz, hệ số tổn hao điện môi của vật liệu trở nên rất quan trọng. Thủy tinh cung cấp dải điện môi rộng và độ rò rỉ điện gần như bằng không. Điều này cho phép tín hiệu truyền qua lớp vỏ với sự suy giảm tối thiểu, điều này rất quan trọng đối với các anten nhạy cảm với công suất được sử dụng trong mạng 6G.
2. Nó mang lại sự ổn định về kích thước và khả năng điều chỉnh hệ số giãn nở nhiệt (CTE). Điều này giúp thủy tinh có CTE hoàn toàn phù hợp với các chip silicon mà nó mang. Nhờ đó, ngăn ngừa hiện tượng cong vênh và đảm bảo tính toàn vẹn của hàng ngàn kết nối dọc nhỏ.
3. Các chất nền bằng thủy tinh có thể đạt được độ nhám bề mặt nhỏ hơn 10nm, tạo ra đường dẫn "mịn như gương" cho dòng điện tần số cao.
4. Khác với các vật liệu nhiều lớp hữu cơ, thủy tinh không hấp thụ nước. Điều này có nghĩa là hiệu suất điện của hệ thống RF dựa trên thủy tinh sẽ không thay đổi dù nó hoạt động trong môi trường sa mạc khô cằn hay môi trường nhiệt đới ẩm ướt.

Nhược điểm hoặc thách thức của các tấm kính trung gian

1. Trong silicon, chúng ta sử dụng "TSV" (Through Silicon Vias) - những lỗ nhỏ được khắc bằng hóa chất. Trong thủy tinh, chúng ta sử dụng TGV. Việc khoan hàng triệu lỗ siêu nhỏ trên một tấm thủy tinh dễ vỡ mà không gây ra các vết nứt nhỏ là một thách thức kỹ thuật khổng lồ.
2. Nó có khả năng dẫn nhiệt kém. Silicon là chất dẫn nhiệt tương đối tốt, giúp tản nhiệt khỏi các chip nóng. Tuy nhiên, thủy tinh lại là chất cách nhiệt. Nếu bạn đang sử dụng bộ khuếch đại GaN (Gallium Nitride) công suất cao trên tấm trung gian bằng thủy tinh, bạn phải sáng tạo hơn nhiều trong các giải pháp làm mát để ngăn thiết bị quá nóng.
3. Sự trưởng thành của hệ sinh thái cũng là một mối quan ngại. Ngành công nghiệp bán dẫn đã dành 50 năm để hoàn thiện chuỗi cung ứng tấm silicon. Việc chuyển sang sản xuất tấm kính khổ lớn đòi hỏi thiết bị mới, quy trình mạ kim loại mới và tiêu chuẩn xử lý mới.

Kết luận

• Hãy sử dụng Silicon nếu: Bạn đang xây dựng các hệ thống siêu nhỏ gọn, nặng về logic (như bộ tăng tốc AI) mà việc quản lý nhiệt và định tuyến mật độ cao hoàn thiện là những ưu tiên hàng đầu.
• Nên sử dụng kính nếu: Bạn đang thiết kế cho mạng 6G, vệ tinh mmWave hoặc radar cao cấp. Nếu mục tiêu của bạn là giảm thiểu suy hao tín hiệu ở tần số 100 GHz trở lên và bạn cần một nền tảng ổn định, chống ẩm có thể mở rộng đến các mảng anten lớn, thì lựa chọn kính có thể được ưu tiên.