在先进封装领域中，无论是2.5D封装中的interposer 还是3D封装中都要用到TSV，但是最近很多人都听说玻璃通孔(Through Glass Via,TGV)这个词。玻璃通孔(TGV)潜能巨大，未来可能将是先进封装技术中的常客。
TGV示意图，红色框内为TGV
一、玻璃通孔(TGV)优势
1）优良的高频电学特性
玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2-3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，保证了传输信号的完整性；
2）大尺寸超薄玻璃衬底易于获取
Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃厂商可以提供超大尺寸（>2m × 2m）和超薄（<50µm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。
3）低成本
受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8；
4）工艺流程简单
不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层，且超薄转接板中不需要减薄；
5）机械稳定性强
即便当转接板厚度小于100µm时，翘曲依然较小；
6）应用领域广泛
玻璃通孔(TGV)是一种应用于晶圆级封装领域的新兴纵向互连技术，为实现芯片-芯片之间距离最短、间距最小的互联提供了一种新型技术途径，具有优良的电学、热学、力学性能，在射频芯片、高端MEMS传感器、高密度系统集成等领域具有独特优势，是下一代5G、6G高频芯片3D封装的首选之一，欢迎识别二维码加入TGV 产业链微信群。
二、玻璃基板市场概述
为追求推进摩尔定律极限，英特尔、三星、英伟达、台积电等大厂入局玻璃基板。英特尔率先推出用于先进封装的玻璃基板，推动摩尔定律进步。
Intel的玻璃基板 图源官网
三星将玻璃基板视为芯片封装的未来，组建“军团”加码研发玻璃基板。英伟达的GB200或将使用玻璃基板，并计划投产。台积电已组建专门的团队探索FOPLP技术，并大力投资玻璃基板研发。
全球IC封装基板市场快速发展，预计2029年规模达315.4亿美。玻璃基板为最新趋势，预计5年内渗透率达50%以上。全球玻璃基板市场空间广阔，2031年预计增长至113亿美元。中国玻璃基板市场规模不断扩大，2023年达333亿元。
国内厂商成本优势显著，玻璃基板国产化提速，市场空间巨大。在2024年下半年，TGV企业布局有加速现象！
三、玻璃基板产业链构成及工艺
玻璃基板产业链包括生产、原料、设备、技术、封装、检测、应用等环节，上游为生产、原料、设备环节。因独特的物理化学属性，玻璃基板在电子元件材料应用领域展现出巨大潜力。
玻璃基板制程中，涵盖玻璃金属化(Glass Metallization)、ABF压合制程，及最终的玻璃基板切割，其中玻璃金属化完成后的玻璃称为Glass Core，制程涉及TGV(Through-Glass Via)、湿蚀刻(Wet Etching)、AOI光学检测、镀膜(Sputtering)及电镀(Plating)。
钻孔是TGV的核心步骤，由钻孔设备完成，当前研究较多的方法是激光诱导深度刻蚀。随着国内玻璃基板生产企业需求增长，国内部分企业开始研发激光诱导深度刻蚀技术，有望实现钻孔设备技术突破。
具体工艺流程简介：
首先，来料检测，制作玻璃通孔(TGV)。TGV 的成孔工艺主要包括喷砂、超声波钻孔、湿法刻蚀、深反应离子刻蚀、光敏刻蚀、激光刻蚀、激光诱导深度刻蚀以及聚焦放电成孔等。
这个工艺流程首先使用激光技术在玻璃晶圆上预设小孔，接着将玻璃晶圆放入含8%至15%质量浓度的HF溶液中，此溶液温度维持在20℃到40℃。然后，将容器置于超声设备中，并开启设备，设备发出40KHz的超声波。在60至120分钟的腐蚀时间内，使用HF溶液对玻璃晶圆上的小孔进行腐蚀，直至达到所需的直径。腐蚀完成后，取出玻璃晶圆并用去离子水进行清洗，最后检测玻璃通孔的孔径和通透性，确保工艺质量。
图 普通激光钻孔工艺与激光诱导深度刻蚀工艺对比(图片来源：LPKF）
采用等离子Plasma蚀刻形成通孔（图片来源：友威科技）
孔形成后，要对孔进行检测，如通孔率，异物，面板缺陷等
1：通孔率 - 漏点以及不通。
孔径大小：规格-10/30/50/70/100，外径需要比内径的比例大于60%以上。
缺陷判断标准：面积；真圆度(95%卡控)；直径(±5um)。
2:孔内异物：有无，看通断，玻璃渣，碳纤维，胶类，粉尘。
3:面板缺陷：裂纹，ETCH不良(凹坑)，赃物，划痕。
厦门云天半导体处理的TGV样品：(a) 玻璃通孔阵列的顶视图；(b) 超高长径比（从20到100）玻璃通孔的横截面视图；(c) 梯形通孔的顶视图；(d) 槽形通孔结构的横截面视图；(e) 槽形通孔结构的横截面视图。
其次，通过电镀技术将金属沉积入TGV结构的具体过程包括：（1）通过物理气相沉积（PVD）等方法在TGV孔内沉积扩散阻挡层和种子层；（2）通过电化学反应从底部向上填充所需金属，通常采用电镀铜；（3）通过湿法腐蚀和CMP等方法去除表面多余的铜。
( a ) 电镀填充盲玻璃孔和 ( b、c ) 电镀填充 TGV的横截面 SEM 照片。
电镀为填孔工艺核心，电镀液体系与TSV相似，由基础镀液及添加剂构成。目前应用最广泛的电镀液是硫酸铜体系，此外还有甲基磺酸铜体系，其具有更高铜离子浓度，进而拥有更高的扩散速率，可适用于大电流密度电镀。随着通孔深宽比越来越高，甲基磺酸铜具有更广阔的应用前景。
注意：以上属于孔的工艺，下面是面工艺。
最后，通过临时键合，背面研磨、化学机械抛光(CMP)露铜，解键合，形成玻璃通孔(TGV)工艺技术金属填实转接板。过程中，也需要清洗，检测等半导体工艺。
玻璃通孔(TGV)转接板工艺流程
四、TGV涉及的加工设备与材料
下表为主要的工艺流程以及对应的设备，各个厂商在具体工艺路线上，或者细节上有不同；比如对于要求低，尺寸大的成孔，可以采用机械钻孔。在金属化工艺中，也有采用塞孔铜浆料替代电镀；也有报道，无需PVD电镀，而直接采用湿法进行镀铜；还有，同时激光诱导改性及湿法蚀刻制作TGV连通孔和RDL重布线层，再通过溅射种子层及在种子层上沉积导电材料以 形成TGV和RDL，减少了传统工艺中需要进行两次掩膜、显影及蚀刻，有效的简化了工艺流程，提高了工作效率。总之各家工艺路线大同小异，根据实际的应用进行调整。
序号 | 工艺 | 设备 | 材料 |
1 | 来料检测，激光诱导蚀刻 | 超快激光设备，湿法蚀刻设备、检测设备，等离子设备 | 玻璃衬底、氢氟酸、清洗剂 |
2 | 真空电镀，阻挡层，种子层 | PVD磁控溅射或者ALD原子层沉积 | 钛，钛钨合金 |
3 | 电镀铜 | 湿法化学镀设备 | 化学镀药水 |
3 | CMP平坦化 | CMP设备 | 磨抛耗材 |
4 | RDL重布线层 | 曝光显影，光刻设备，掩膜版 | 光刻胶、显影液，清洗剂等 |
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