玻璃基板為何有望成為封裝領(lǐng)域的新寵

一、玻璃基板為何有望成為封裝領(lǐng)域的新寵？

玻璃基板在先進封裝領(lǐng)域備受關(guān)注，主要源于其相較于傳統(tǒng)硅和有機物材料具有諸多顯著優(yōu)勢。

從成本角度看，玻璃轉(zhuǎn)接板的制作成本約為硅基轉(zhuǎn)接板的 1/8 ，這得益于大尺寸超薄面板玻璃易于獲取且無需沉積絕緣層。在電學(xué)性能方面，玻璃材料介電常數(shù)僅約為硅材料的 1/3，損耗因子比硅低 2 - 3 個數(shù)量級，可有效減小襯底損耗和寄生效應(yīng)，提升信號傳輸完整性。同時，玻璃基板具備大尺寸超薄特性，康寧等廠商可量產(chǎn)大于 2m×2m 的超大尺寸和小于 50μm 的超薄面板玻璃。此外，其工藝流程簡單，無需在襯底表面及 TGV 內(nèi)壁沉積絕緣層，超薄轉(zhuǎn)接板也無需二次減薄，且機械穩(wěn)定性強，當(dāng)轉(zhuǎn)接板厚度小于 100μm 時翹曲較小 。

英特爾持續(xù)加碼玻璃基板領(lǐng)域，早在十年前就開始探索，計劃于 2030 年批量生產(chǎn)玻璃基板封裝芯片，認(rèn)為玻璃基板有望成為下一代主流基板材質(zhì)，這也推動了玻璃基板在行業(yè)內(nèi)的關(guān)注度提升。

二、TGV 在玻璃基板應(yīng)用中起到什么關(guān)鍵作用？

TGV（Through Glass Via，玻璃通孔）技術(shù)是玻璃基板應(yīng)用于先進封裝的關(guān)鍵工藝。它是 TSV 技術(shù)的延續(xù)，主要區(qū)別在于基板種類，TGV 采用高品質(zhì)硼硅玻璃、石英玻璃作為中介層基板，以獲得比硅中介層更好的封裝表現(xiàn)。

在 3D 封裝中，以 HBM 工藝為例，TSV 是關(guān)鍵技術(shù)之一，而對于玻璃基板的 3D 封裝，TGV、銅孔的填充及其 RDL 成為關(guān)鍵工藝。TGV 技術(shù)的優(yōu)勢在于可降低信號傳輸距離，增加帶寬并實現(xiàn)封裝小型化。同時，TGV 作為 TSV 的低成本替代方案，逐漸受到廣泛關(guān)注，因為硅基轉(zhuǎn)接板存在成本高和電學(xué)性能差的問題，而 TGV 省去了沉積隔離層、絕緣層的過程。然而，TGV 目前面臨通孔成孔工藝以及高質(zhì)量填充兩方面的挑戰(zhàn)。

三、玻璃通孔成孔技術(shù)有哪些？各有何特點？

噴砂法：加工前需在玻璃基板制作復(fù)合掩模，然后進行干粉噴砂蝕刻，需兩側(cè)蝕刻且保證中心點對稱。該方法制作的通孔粗糙、孔徑大且一致性差，只能制作孔徑大于 200μm、間距較大的玻璃通孔，沙粒碰撞還會對玻璃表面及孔側(cè)壁造成損傷，在先進封裝工藝中應(yīng)用較少。

聚焦放電法：將玻璃放在兩電極間，通過放電熔融和內(nèi)部應(yīng)力形成通孔，可制備多種玻璃通孔，均勻性好、無裂紋，但單次單孔制作，生產(chǎn)效率低，通孔形狀不垂直，可能影響后續(xù)填充。

等離子體刻蝕法：先在石英玻璃蒸發(fā)鋁層作硬掩模，光刻后用氯氣等腐蝕鋁層，再用氧氣等離子體去光刻膠，最后蝕刻石英形成 TGV。該方法可大面積刻蝕多個 TGV，生產(chǎn)效率較高，側(cè)壁粗糙度小、無損傷，可靠性好，但工藝復(fù)雜、成本高且刻蝕速率慢。

激光燒蝕法：利用激光能量燒蝕玻璃形成通孔，如激光形成的 TGV 側(cè)壁裂紋多，準(zhǔn)分子激光形成的 TGV 孔壁粗糙度大且成孔效率低。

電化學(xué)放電加工法：結(jié)合電火花和電解加工，通過電解液的電化學(xué)放電和化學(xué)腐蝕去除材料。工藝簡單、設(shè)備要求低，但只能加工孔徑大于 300μm 的錐形玻璃通孔，應(yīng)用范圍受限。

光敏玻璃法：通過紫外曝光、熱處理、濕法刻蝕等加工，可實現(xiàn)各向異性刻蝕，獲得高密度、高深寬比通孔，但光敏玻璃材料和工藝成本高，不同尺寸圖形刻蝕精度差別大，高溫處理易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)偏移。

激光誘導(dǎo)刻蝕法：通過脈沖激光誘導(dǎo)玻璃產(chǎn)生變性區(qū)，再用氫氟酸刻蝕形成通孔?？尚纬煽讖酱笥?20μm 的玻璃通孔，成孔質(zhì)量均勻、一致性好、無裂紋，成孔速率快且形貌可調(diào)，但存在激光誘導(dǎo)速度慢、制備過程復(fù)雜等缺點，不過該方法具有低成本優(yōu)勢，有大規(guī)模應(yīng)用前景。

四、玻璃通孔填孔技術(shù)如何實現(xiàn)高質(zhì)量金屬填充？

高質(zhì)量的金屬填充是玻璃通孔應(yīng)用的另一技術(shù)難點。一方面，TGV 孔徑大、形狀多樣（盲孔、垂直通孔、X 型通孔、V 型通孔），對銅沉積挑戰(zhàn)大，易堵塞；另一方面，玻璃與常用金屬粘附性差，易分層、卷曲、脫落。目前主要填充工藝如下：

Bottom-up 填充：用于 TGV 盲孔填充，通過在孔口側(cè)壁及表面添加抑制劑，底部添加加速劑，使銅自下而上填充，確保盲孔無孔洞和縫隙。

蝶形填充：適用于垂直 TGV 通孔。先在通孔壁按 “兩邊多，中間少” 涂抹抑制劑，使銅在孔中心優(yōu)先沉積形成蝶形，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)?Bottom - up 填充實現(xiàn)完全填充。Dimitrov 課題組提出的改良方案，使用酒精預(yù)潤濕、特定鍍液和添加劑，可在一定時間內(nèi)實現(xiàn)不同深寬比 TGV 的完整填充，但工藝復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)難度大。

Conformal 填充：通過添加劑使孔內(nèi)銅沉積速率與孔側(cè)壁及表面相當(dāng)，適用于 X 和 V 型通孔。X 形、V 形通孔特殊形狀可避免中央孔洞缺陷，相比垂直通孔的 BFT 電鍍模式，可在更大電流密度下實現(xiàn)快速完整填充。

TGV 孔內(nèi)電鍍薄層：在保證電學(xué)性能前提下，可減小電鍍時間和成本，孔深和孔徑適用范圍更大。通常需先沉積金屬粘附層，近年來研發(fā)人員開發(fā)化鍍 Cu 種子層低成本填充方案，如美國安美特公司通過形成金屬氧化物黏附層，喬治亞理工學(xué)院采用環(huán)氧聚合物干膜增強 Cu 與玻璃的結(jié)合力。

五、玻璃基板產(chǎn)業(yè)鏈上有哪些重點公司？

玻璃基板供應(yīng)商：

海外方面，美國康寧是全球龍頭，可提供 4 - 12 英寸、厚度 100 - 700μm 的玻璃晶圓基板，TGV 孔徑 20 - 100μm，深寬比可達 10:1。德國肖特公司的 Hermes 玻璃晶圓基板可用于多種器件封裝；Mosaic Microsystems 公司能提供全流程玻璃晶圓加工服務(wù)；日本印刷株式會社開發(fā)出玻璃芯基板產(chǎn)品。

國內(nèi)廠商也在快速發(fā)展，云天半導(dǎo)體突破 4 - 12 寸晶圓級系統(tǒng)封裝能力，TGV 關(guān)鍵指標(biāo)達國際領(lǐng)先；沃格光電掌握多項核心技術(shù)，玻璃基 Mini LED 背光產(chǎn)品量產(chǎn)，TGV 載板通過客戶驗證；森丸電子專注于無源互連特殊工藝，可提供多種尺寸玻璃晶圓；三疊紀(jì)突破亞 10 微米通孔和填充技術(shù)；賽微電子旗下瑞典代工廠掌握領(lǐng)先的 TGV 工藝；五方光電的玻璃基板用于光學(xué)墊片和車載領(lǐng)域；藍特光學(xué)的 TGV 玻璃晶圓應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

TGV 設(shè)備廠商：

激光開孔設(shè)備廠商中，LPKF 的 Vitrion S 5000 系統(tǒng)適用于多種玻璃基板加工，TGV 孔徑最小 10 微米，深寬比可達 10:1（部分材料 50:1）；4JET Microtech 的 VLIS 工藝可高效制備高精度 TGV。國內(nèi)帝爾激光推出 TGV 激光微孔設(shè)備，大族激光研制出激光誘導(dǎo)蝕刻快速成型技術(shù)設(shè)備，德龍激光研發(fā)出玻璃通孔等激光精細(xì)微加工設(shè)備。

電鍍設(shè)備方面，美國泛林公司推出 Kallisto 和 Phoenix 兩款 TGV 電鍍解決方案；盛美上海是國內(nèi)前道電鍍設(shè)備領(lǐng)先企業(yè)，其電鍍設(shè)備可應(yīng)用于多通道先進封裝關(guān)鍵電鍍步驟。