玻璃基板为何有望成为封装领域的新宠

一、玻璃基板为何有望成为封装领域的新宠？

玻璃基板在先进封装领域备受关注，主要源于其相较于传统硅和有机物材料具有诸多显著优势。

从成本角度看，玻璃转接板的制作成本约为硅基转接板的 1/8 ，这得益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取且无需沉积绝缘层。在电学性能方面，玻璃材料介电常数仅约为硅材料的 1/3，损耗因子比硅低 2 - 3 个数量级，可有效减小衬底损耗和寄生效应，提升信号传输完整性。同时，玻璃基板具备大尺寸超薄特性，康宁等厂商可量产大于 2m×2m 的超大尺寸和小于 50μm 的超薄面板玻璃。此外，其工艺流程简单，无需在衬底表面及 TGV 内壁沉积绝缘层，超薄转接板也无需二次减薄，且机械稳定性强，当转接板厚度小于 100μm 时翘曲较小 。

英特尔持续加码玻璃基板领域，早在十年前就开始探索，计划于 2030 年批量生产玻璃基板封装芯片，认为玻璃基板有望成为下一代主流基板材质，这也推动了玻璃基板在行业内的关注度提升。

二、TGV 在玻璃基板应用中起到什么关键作用？

TGV（Through Glass Via，玻璃通孔）技术是玻璃基板应用于先进封装的关键工艺。它是 TSV 技术的延续，主要区别在于基板种类，TGV 采用高品质硼硅玻璃、石英玻璃作为中介层基板，以获得比硅中介层更好的封装表现。

在 3D 封装中，以 HBM 工艺为例，TSV 是关键技术之一，而对于玻璃基板的 3D 封装，TGV、铜孔的填充及其 RDL 成为关键工艺。TGV 技术的优势在于可降低信号传输距离，增加带宽并实现封装小型化。同时，TGV 作为 TSV 的低成本替代方案，逐渐受到广泛关注，因为硅基转接板存在成本高和电学性能差的问题，而 TGV 省去了沉积隔离层、绝缘层的过程。然而，TGV 目前面临通孔成孔工艺以及高质量填充两方面的挑战。

三、玻璃通孔成孔技术有哪些？各有何特点？

喷砂法：加工前需在玻璃基板制作复合掩模，然后进行干粉喷砂蚀刻，需两侧蚀刻且保证中心点对称。该方法制作的通孔粗糙、孔径大且一致性差，只能制作孔径大于 200μm、间距较大的玻璃通孔，沙粒碰撞还会对玻璃表面及孔侧壁造成损伤，在先进封装工艺中应用较少。

聚焦放电法：将玻璃放在两电极间，通过放电熔融和内部应力形成通孔，可制备多种玻璃通孔，均匀性好、无裂纹，但单次单孔制作，生产效率低，通孔形状不垂直，可能影响后续填充。

等离子体刻蚀法：先在石英玻璃蒸发铝层作硬掩模，光刻后用氯气等腐蚀铝层，再用氧气等离子体去光刻胶，最后蚀刻石英形成 TGV。该方法可大面积刻蚀多个 TGV，生产效率较高，侧壁粗糙度小、无损伤，可靠性好，但工艺复杂、成本高且刻蚀速率慢。

激光烧蚀法：利用激光能量烧蚀玻璃形成通孔，如激光形成的 TGV 侧壁裂纹多，准分子激光形成的 TGV 孔壁粗糙度大且成孔效率低。

电化学放电加工法：结合电火花和电解加工，通过电解液的电化学放电和化学腐蚀去除材料。工艺简单、设备要求低，但只能加工孔径大于 300μm 的锥形玻璃通孔，应用范围受限。

光敏玻璃法：通过紫外曝光、热处理、湿法刻蚀等加工，可实现各向异性刻蚀，获得高密度、高深宽比通孔，但光敏玻璃材料和工艺成本高，不同尺寸图形刻蚀精度差别大，高温处理易导致结构偏移。

激光诱导刻蚀法：通过脉冲激光诱导玻璃产生变性区，再用氢氟酸刻蚀形成通孔。可形成孔径大于 20μm 的玻璃通孔，成孔质量均匀、一致性好、无裂纹，成孔速率快且形貌可调，但存在激光诱导速度慢、制备过程复杂等缺点，不过该方法具有低成本优势，有大规模应用前景。

四、玻璃通孔填孔技术如何实现高质量金属填充？

高质量的金属填充是玻璃通孔应用的另一技术难点。一方面，TGV 孔径大、形状多样（盲孔、垂直通孔、X 型通孔、V 型通孔），对铜沉积挑战大，易堵塞；另一方面，玻璃与常用金属粘附性差，易分层、卷曲、脱落。目前主要填充工艺如下：

Bottom-up 填充：用于 TGV 盲孔填充，通过在孔口侧壁及表面添加抑制剂，底部添加加速剂，使铜自下而上填充，确保盲孔无孔洞和缝隙。

蝶形填充：适用于垂直 TGV 通孔。先在通孔壁按 “两边多，中间少” 涂抹抑制剂，使铜在孔中心优先沉积形成蝶形，随后转变为 Bottom - up 填充实现完全填充。Dimitrov 课题组提出的改良方案，使用酒精预润湿、特定镀液和添加剂，可在一定时间内实现不同深宽比 TGV 的完整填充，但工艺复杂，工业化生产难度大。

Conformal 填充：通过添加剂使孔内铜沉积速率与孔侧壁及表面相当，适用于 X 和 V 型通孔。X 形、V 形通孔特殊形状可避免中央孔洞缺陷，相比垂直通孔的 BFT 电镀模式，可在更大电流密度下实现快速完整填充。

TGV 孔内电镀薄层：在保证电学性能前提下，可减小电镀时间和成本，孔深和孔径适用范围更大。通常需先沉积金属粘附层，近年来研发人员开发化镀 Cu 种子层低成本填充方案，如美国安美特公司通过形成金属氧化物黏附层，乔治亚理工学院采用环氧聚合物干膜增强 Cu 与玻璃的结合力。

五、玻璃基板产业链上有哪些重点公司？

玻璃基板供应商：

海外方面，美国康宁是全球龙头，可提供 4 - 12 英寸、厚度 100 - 700μm 的玻璃晶圆基板，TGV 孔径 20 - 100μm，深宽比可达 10:1。德国肖特公司的 Hermes 玻璃晶圆基板可用于多种器件封装；Mosaic Microsystems 公司能提供全流程玻璃晶圆加工服务；日本印刷株式会社开发出玻璃芯基板产品。

国内厂商也在快速发展，云天半导体突破 4 - 12 寸晶圆级系统封装能力，TGV 关键指标达国际领先；沃格光电掌握多项核心技术，玻璃基 Mini LED 背光产品量产，TGV 载板通过客户验证；森丸电子专注于无源互连特殊工艺，可提供多种尺寸玻璃晶圆；三叠纪突破亚 10 微米通孔和填充技术；赛微电子旗下瑞典代工厂掌握领先的 TGV 工艺；五方光电的玻璃基板用于光学垫片和车载领域；蓝特光学的 TGV 玻璃晶圆应用于多个领域。

TGV 设备厂商：

激光开孔设备厂商中，LPKF 的 Vitrion S 5000 系统适用于多种玻璃基板加工，TGV 孔径最小 10 微米，深宽比可达 10:1（部分材料 50:1）；4JET Microtech 的 VLIS 工艺可高效制备高精度 TGV。国内帝尔激光推出 TGV 激光微孔设备，大族激光研制出激光诱导蚀刻快速成型技术设备，德龙激光研发出玻璃通孔等激光精细微加工设备。

电镀设备方面，美国泛林公司推出 Kallisto 和 Phoenix 两款 TGV 电镀解决方案；盛美上海是国内前道电镀设备领先企业，其电镀设备可应用于多通道先进封装关键电镀步骤。