玻璃基板时代，TGV技术引领基板封装

电子发烧友网报道（文/李宁远）先进封装与先进制程工艺是推动半导体行业进步的关键技术，尤其是在人工智能推动的算力暴涨而工艺节点微缩减缓的行业形势下，先进封装为芯片更高计算能力、更低延迟和更高带宽提供了支持，是行业发展的重要方向。
 
在先进封装领域，玻璃基板现在是半导体基板材料的前沿热点，玻璃基板卓越的机械、物理和光学特性成为最受关注的硅基板替代材料。和TSV类似，与玻璃基板搭配的TGV技术，也成为了研究重点。
 
补足TSV短板的玻璃通孔TGV技术
 
在封装技术中，TSV占据了非常重要的地位，原因是硅基板的2.5D和3D先进封装非他不可。TSV让垂直堆叠多个芯片成为可能，是目前能提供硅基板内部垂直电互联的关键技术，近年来发展迅速。
 
TSV带来的优势也很明显，简单概括来说，它提供了极高的电子元件集成度，有效减小封装的几何尺寸和封装重量；同时由于TSV技术可以大幅度地缩短电互连的长度，从而可以很好地解决信号延迟等问题。
 
但是其工艺成本高，从刻蚀开始的一系列工艺成本很难降低，同时硅基板材料本身在越来越小的空间中易出现信号完整度较差的问题。
 
基板材料的发展风向上玻璃基板赛道已经开始预热，用于下一代先进封装的玻璃基板成为继续推动摩尔定律以数据为中心的应用算力需求的助力，也成为最受关注的选择。玻璃作为无机非金属材料，其高硬度、高熔点、热导性能良好的特性，是成为理想的芯片基板材料的基础。
 
玻璃基板搭配的TGV玻璃通孔技术，和TSV类似，得益于玻璃材料的特性，TGV能使损耗因子更低，进而衬底损耗和寄生效应得以更小，增强信号传输的完整性；而且薄面板玻璃易于获取，在工艺上不需要TSV那么复杂的步骤，TGV的成本会低很多。
 
TGV在实现高密度集成的同时衬底损耗低，成本低也不高，应用范围更广，可应用于毫米波天线、射频前端、芯片互联、2.5/3D封装等领域。
 
TGV实现难点——成孔技术
 
实现玻璃芯的TGV目前主要难点是通孔成孔技术，对成孔技术的速度、精度、垂直度等细节要求很高。可行的成孔方案很多，如喷砂法、机械法、光敏玻璃法、聚焦放电法、等离子体刻蚀法、激光烧蚀法、电化学放电加工法、激光诱导刻蚀法。
 
喷砂法很简单成本也低，但是形成的通孔孔径大、间距也大。光敏玻璃法可以制作出高密度、高深宽比的通孔，但是相对来说价格很贵，而且不同图形间的精度区别很大。聚焦放电法成孔速度快，能做出高密度、高深宽比的通孔，但是通孔垂直度有缺陷。目前单一的工艺成孔技术都有其局限。
 
国内有一些已经在TGV技术上取得成果的技术方案，如森丸电子采用的激光改性加湿法化学工艺，能够高效快速地实现高密度间距、小尺寸无损伤成孔，同时采用为种子层溅射加通孔铜电镀地互联填充工艺，能够保证巨量微孔的完全填充。
 
帝尔激光推出的设备是通过激光诱导改质加化学蚀刻的方式来实现通孔成型，通过激光加速可控蚀刻技术，再基于改质与非改质区域的异向腐蚀速率特性，化学蚀刻形成一定深径比、形貌可控的通孔。
 
对于半导体行业来说，玻璃基板是下一代先进芯片制造的重要技术，TGV作为玻璃基板的核心工艺技术，还有着很大的市场空间去挖掘。
 
小结
 
根据业界在玻璃基板上的进展，玻璃基板有望在2026年实现量产。量产只是开始，玻璃基板量产后还需要不断完善与TGV相关封装技术的组合，同时在成本和良率上经过验证，才能确立起在下一代先进芯片制造中的重要地位。