玻璃基板面临的四大核心技术攻关难点

人工智能的发展对高性能计算、可持续技术和网络硅片的需求激增，这推动了研发投资的增加，加速了半导体技术的创新进程。然而，随着摩尔定律在单个芯片层面逐渐放缓，业界开始探索在ASIC封装中集成更多芯片的可能性，以期在封装层面延续摩尔定律带来的性能提升。

ASIC封装，这一用于承载多个芯片的构造，传统上主要由有机基板构成。这些有机基板大多由树脂（特别是玻璃增强的环氧层压板）或塑料材料制成。根据具体的封装技术，芯片可能直接安装在基板上，或者通过一层硅中介层来实现芯片间的高速连接。此外，也有技术采用在基板内嵌入互连桥的方式来提供这种高速连接，而非使用中介层。

然而，有机基板存在一个显著问题：它们容易发生翘曲，特别是在封装尺寸较大且芯片密度较高的情况下。这一问题限制了封装内可集成的芯片数量。在此背景下，玻璃基板被视为一个可能彻底改变现状的关键因素。

当前，国内专注于先进封装的玻璃基板制造商大多仍处于研发阶段，尚未进入大规模生产。他们正致力于解决玻璃与金属层之间的结合强度、填孔技术以及未来多层结构的可靠性等挑战。预计这些工厂要到2025年底或2026年才能实现量产。在此之前，研发工作仍是这些企业的主要任务。

 

四大核心技术攻关难点

尽管玻璃基板技术蕴含着巨大的潜力和显著优势，但要真正在先进封装领域实现广泛应用，仍需跨越重重技术难关。

精确制孔技术

玻璃通孔技术的实现是阻碍TGV（一种玻璃基板技术）进一步发展的一个主要障碍。在制备TGV通孔时，必须满足一系列严格的要求，包括高速加工、高精度定位、狭窄的节距、光滑的侧壁、良好的垂直度以及低廉的成本。多年来，研究工作的重点一直是如何制造出具有高深宽比、狭窄节距、高垂直度、低侧壁粗糙度且成本低的玻璃微孔。

目前，主流的玻璃通孔加工方法包括喷砂法、聚焦放电法、等离子刻蚀、激光烧蚀、电化学放电法、光敏玻璃法以及激光诱导刻蚀法等。在对比了各种玻璃通孔制造技术后，可以发现激光诱导刻蚀法因其低成本优势而具有广阔的大规模应用前景。

尽管制造单个或少量的孔可能相对容易，但当孔的数量攀升至数十万级别时，其复杂性会急剧上升，这也是众多TGV项目未能如愿达成预定目标的关键因素之一。此外，我们还必须面对如何有效检测每个通孔的合格率及其尺寸精确度的挑战。目前，仅有少数专注于玻璃基板技术的先进制造商正在进行相关研发，而进展较为显著的，往往是那些原本就涉足光电或玻璃加工领域的工厂。

优质金属填充

TGV的孔径偏大且多为贯穿型，因此电镀过程耗时较长且成本高昂。另一方面，与硅材料相比，玻璃表面光滑，导致其与常用金属（例如铜）的粘附能力不足，这容易引起玻璃基底与金属涂层之间的分离，进而造成金属层卷曲或脱落等问题。

当前，金属填充TGV主要采用两种技术：铜浆填充技术和电镀技术。这两种技术在应用环境、材料费用和性能特点上各有千秋。选择哪种技术取决于孔径大小、深度与宽度的比例以及对电阻和电导性能的具体要求。值得注意的是，虽然铜浆填充技术在某些方面具有独特优势，但在电导性能方面可能明显不如电镀技术。

紧凑布线设计

高密度布线是玻璃基板技术应用的另一大瓶颈。尽管多家企业能够熟练完成玻璃基板的填孔或TGV作业，但真正的难关在于如何在玻璃通孔制备后，通过布线技术实现电气连接，打造完整的玻璃基板或玻璃基中介层，并在实际应用中实现高密度的布线布局。

传统的解决方案可能涵盖半加成法，以及将现有的有机基板电路设计方式移植到玻璃基板上，即把有机BT层升级为玻璃级支撑层。其余部分则沿用完整的有机基板电镀层制作技术，最后通过压合等后续工艺进行整合，这是许多板厂常用的技术手段。

然而，半加成法在线宽缩小至5μm以下时会遭遇诸多难题，如窄间距内的种子层刻蚀容易损害铜走线，且窄间距内的种子层残留可能导致漏电问题。针对表面高密度布线，业界也在探索不同的工艺路径。

至于那些专注于玻璃基LED应用的公司，在玻璃基TGV和填孔工艺完成后，可能会采用晶圆中道工艺，如RDL（再分布层）工艺和CTT（铜柱凸块技术）工艺进行后续制作。国外还有一种新兴技术，即多层RDL直接栅板转移技术，尽管目前尚未普及，但被视为未来的一个发展方向。

此外，纳米压印技术在晶圆制造领域也取得了进展，佳能已有成功应用案例。未来，业界期待能在玻璃基板电路制作中发掘更多应用场景。

接合技术

玻璃基板的核心技术之一为接合技术，当前Chiplet的D2W（Die-to-Wafer）及Flip Chip接合工艺主要划分为三种主要类型。

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Reflow回流焊接合技术

借助回流焊炉，可以实现产品的批量焊接作业。随着技术的不断进步，bump pitch（凸点间距）超过80μm已不再构成技术障碍。然而，其缺点同样显著，即热应力引发的翘曲问题十分突出。回流焊接过程中高温与低温的波动可能导致产品发生显著形变。特别是当芯片面积接近基板面积时，整个焊盘也会变得相当庞大。这解释了为何在进行更高密度的先进封装芯片集成时，必须使用尺寸更大的封装，因为有机基板的翘曲极限无法满足PCB板之间的间隔要求，因此玻璃基板成为了有机基板的替代品。

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TCB热压焊接合技术

该技术通过以100°C/s的升温速度和-50°C/s的降温速度对焊点进行快速焊接，能够实现bump pitch大于10μm的焊接。

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LAB激光辅助接合技术

该技术利用尖锐且均匀的激光束，能够以极高的升温速度选择性地加热目标区域，通常焊接时间不超过1秒。其bump pitch可以超过40μm。