迎接玻璃基板時代:TGV技術(shù)引領(lǐng)下一代先進封裝發(fā)展

在AI高性能芯片需求的推動下，玻璃基板封裝被寄予厚望。據(jù)Prismark統(tǒng)計，預(yù)計2026年全球IC封裝基板行業(yè)規(guī)模將達到214億美元，而隨著英特爾等廠商的入局，玻璃基板對硅基板的替代將加速，預(yù)計3年內(nèi)玻璃基板滲透率將達到30%，5年內(nèi)滲透率將達到50%以上。

與有機基板相比，玻璃基板憑借其卓越的平整度、絕緣性、熱性能和光學(xué)性質(zhì)，為需要密集、高性能互連的新興應(yīng)用提供了傳統(tǒng)基板的有吸引力的替代方案，開始在先進封裝領(lǐng)域受到關(guān)注。

先進封裝中2.5D和3D IC集成方案是實現(xiàn)下一代性能要求和適用于商業(yè)產(chǎn)品的關(guān)鍵組成部分，超高密度的I/O連接可利用中介層實現(xiàn)，最突出和最廣泛使用的中介層類型之一是硅通孔——TSV中介層。而在玻璃基板中，同樣通過高密度的通孔來提供垂直電連接，它們被稱為玻璃通孔(TGV) ，形成高質(zhì)量、高密度的TGV通孔對于中介層至關(guān)重要。

不同類型基板性能對比

玻璃基板來襲，TGV成核心

在先進封裝浪潮中，隨著對更強大計算的需求增加，半導(dǎo)體電路變得越來越復(fù)雜，信號傳輸速度、功率傳輸、設(shè)計規(guī)則和封裝基板穩(wěn)定性的改進將至關(guān)重要。

玻璃基板的出現(xiàn)，可以降低互連之間的電容，從而實現(xiàn)更快的信號傳輸并提高整體性能。在數(shù)據(jù)中心、電信和高性能計算等速度至關(guān)重要的應(yīng)用中，使用玻璃基板可以顯著提高系統(tǒng)效率和數(shù)據(jù)吞吐量。

玻璃是一種可能替代硅基轉(zhuǎn)接板的材料，與硅通孔（TSV）相比，TGV具有低成本、大尺寸超薄玻璃襯底易獲取、高頻電學(xué)性能優(yōu)異等特點。玻璃基板可進行大尺寸生產(chǎn)，具有超薄加工的可能性，基于玻璃通孔（TGV）的轉(zhuǎn)接板工藝在微波系統(tǒng)集成領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越為人們所關(guān)注。多年以來，業(yè)界及學(xué)界許多研究工作都致力于研發(fā)低成本、快速可規(guī)?；慨a(chǎn)的成孔技術(shù)。

TGV成孔與填孔技術(shù)

TGV技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維垂直互聯(lián)，顯著提高集成密度。目前，制約TGV技術(shù)發(fā)展的主要困難包括其成孔及填孔技術(shù)。

TGV通孔需要滿足高速、高精度、窄節(jié)距、側(cè)壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。多年來，許多研究工作都在致力于開發(fā)低成本、快速可規(guī)?；慨a(chǎn)的成孔技術(shù)，其中包括噴砂法、光敏玻璃法、聚焦放電法、等離子體刻蝕法、激光燒蝕法、電化學(xué)放電加工法、激光誘導(dǎo)刻蝕法等。激光誘導(dǎo)刻蝕法因其諸多優(yōu)點，如成孔質(zhì)量均勻，一致性好，無裂紋，成孔速率快且可通過調(diào)節(jié)激光參數(shù)控制通孔的垂直度和形貌，成為目前最可能大規(guī)模應(yīng)用的工藝技術(shù)。

不同TGV成孔技術(shù)優(yōu)缺點

與硅通孔不同的是TGV孔徑通常較大且多為通孔，常規(guī)的電鍍填孔耗時長且成本高。此外，玻璃表面粗糙度很低，與線路材料（如銅）的結(jié)合力較差，容易發(fā)生分層、卷曲，甚至剝落。目前，TGV填孔常用的方法包括金屬實孔填充技術(shù)和孔內(nèi)電鍍薄層技術(shù)兩種。金屬實孔填充技術(shù)可以采用先通過物理氣相沉積的方法在孔內(nèi)沉積種子層，再電鍍填實。也可以采用金屬導(dǎo)電膠進行孔內(nèi)填實。孔內(nèi)電鍍薄層技術(shù)同樣需要先在孔內(nèi)沉積金屬粘附層（如鈦、鉻），再進行電鍍。

TGV技術(shù)的應(yīng)用

如今，隨著摩爾定律接近盡頭，2.5D/3D先進封裝已成主流，其中轉(zhuǎn)接板發(fā)揮著重要作用。目前，硅通孔技術(shù)（TSV）已相對比較成熟，在實際生產(chǎn)中也已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但硅是一種半導(dǎo)體材料，在電場或磁場的作用下，其周圍的載流子可以自由移動，可能會對鄰近的電路或信號產(chǎn)生干擾，從而影響芯片的性能。

以TGV技術(shù)為基礎(chǔ)的玻璃基板因其具有比硅基板更為優(yōu)良的材料及電學(xué)特性，應(yīng)用前景更加廣泛。在電子封裝領(lǐng)域，基于玻璃基板的無源器件集成生產(chǎn)成本更低，翹曲可以控制在1mm以內(nèi)；基于玻璃基板的射頻MEMS封裝器件具有低插入損耗和高返回損耗；基于多層玻璃堆疊基板的2.5D和3D封裝翹曲低于使用傳統(tǒng)有機基板，在實現(xiàn)高密度布線的同時具有更高的可靠性。此外，玻璃基板在光電領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，如在玻璃基板上集成的光發(fā)電模塊，傳輸速度快且功耗低。

國內(nèi)外TGV相關(guān)技術(shù)研究進展

國外以TGV技術(shù)為基礎(chǔ)的玻璃基板封裝產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展勢頭尤為迅速。此前，英特爾便宣布在用于下一代先進封裝的玻璃基板開發(fā)方面取得重大突破。此外，三星、AMD、蘋果、康寧等多家廠商也在布局玻璃基板相關(guān)的研發(fā)線或供應(yīng)鏈，其中部分已處于量產(chǎn)階段。

國外玻璃基板研發(fā)/生產(chǎn)進度

國內(nèi)TGV及其基板技術(shù)研發(fā)雖然起步較晚，但已有部分企業(yè)開始嶄露頭角。華天科技早在2020年就開始著眼于TGV技術(shù)的研發(fā)，現(xiàn)已掌握玻璃盲孔/通孔制備、孔內(nèi)金屬化、頂部重布線等關(guān)鍵技術(shù)。科技創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展永恒的目標(biāo)，自主研發(fā)更是發(fā)展的不竭動力。依托華天集團在晶圓級先進封裝行業(yè)多年的技術(shù)積累，未來，華天科技在發(fā)展硅基轉(zhuǎn)接板技術(shù)的同時也將大力發(fā)展TGV及其轉(zhuǎn)接板技術(shù)，助力我國先進封裝技術(shù)長足發(fā)展。

華天科技TGV掃描圖片

SEMI-e2025是覆蓋半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈的多維度科技盛會，涵蓋芯片及芯片設(shè)計、半導(dǎo)體設(shè)備、半導(dǎo)體材料、先進封裝、半導(dǎo)體核心零部件、寬禁帶半導(dǎo)體及功率器件等領(lǐng)域。其中先進封裝展區(qū)，集中展示倒裝芯片封裝、晶圓級封裝、2.5D封裝、3D封裝、凸塊封裝、扇出型晶圓級封裝等設(shè)計、材料、測試、設(shè)備，聚焦新型封裝技術(shù)在高性能計算、人工智能、汽車電子等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動協(xié)同注入新的活力。

針對先進封裝技術(shù)與材料，以及玻璃通孔(TGV)工藝技術(shù)在先進封裝的應(yīng)用及發(fā)展趨勢，SEMI-e 2025將同期舉辦先進封裝與材料高峰論壇及TGV技術(shù)論壇，圍繞先進封裝在芯片領(lǐng)域中的應(yīng)用、最新一代TGV技術(shù)及應(yīng)用等議題，聚焦當(dāng)下熱點，破解產(chǎn)業(yè)難題。