行业科普|玻璃基板核心工艺TGV介绍

在半导体行业，随着摩尔定律逐渐逼近物理极限，通过三维集成提升芯片性能已成为核心发展方向。2.5D/3D封装、异构集成等先进封装技术的普及，对垂直互连密度和基板性能提出了更高要求。传统的硅基板在高频信号传输、制造成本和工艺复杂度等方面的局限性日益凸显，而玻璃基板凭借独特优势，正成为下一代芯片基板的理想选择。

玻璃通孔（TGV, Through Glass Via）作为实现玻璃基板三维集成的关键技术，犹如芯片世界的“微型通道”，引领着半导体封装从“硅基时代”向“玻璃基时代”过渡。

TGV工艺的基本介绍

TGV(Through Glass Via)，是穿过玻璃基板的垂直电气互连。与TSV(Through SiliconVia)相对应，作为一种可能替代硅基板的材料被认为是下一代三维集成的关键技术。

TGV 以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材，通过激光诱导、蚀刻、种子层溅射、电镀填充、化学机械平坦化、RDL、Bump工艺引出实现3D互联。TGV是直径通常为10um-100um的微通孔。对于先进封装领域的各种应用，每片晶圆上通常需要应用数万个到于数百万个TGV通孔并对其进行金属化以获得所需要的导电性。

与硅通孔（TSV）工艺相比，TGV的优势主要体现在：

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）低成本：受益于大尺寸超薄面板玻璃的易获取性，且不需要在衬底表面及 TGV 内壁沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的 1/8，有利于降低整体封装成本；

3）工艺流程简单：无需复杂的绝缘层沉积工艺，且超薄转接板中不需要减薄，简化了生产流程，提高了生产效率；

4）机械稳定性强：即便转接板厚度小于100μm 时，翘曲依然较小，保证了封装结构的稳定性和可靠性；

5）应用领域广泛：作为晶圆级封装领域的新兴纵向互连技术，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，是下一代高频芯片 3D 封装的首选之一。

TGV核心工艺段

1）玻璃基板准备：选择特定成分、厚度和表面质量的超薄玻璃。

2）激光打孔/刻蚀：利用飞秒激光或湿法/干法刻蚀技术在玻璃上形成微孔。

3）绝缘层沉积与种子层沉积：在孔壁和内表面沉积绝缘层以确保电气隔离，然后沉积金属种子层。

4）电镀填充：通过电镀方式，用金属（主要为铜）完全填充通孔。

5）表面平坦化 (CMP)：化学机械抛光移除多余金属，使玻璃表面平坦。

6）再布线层 (RDL) 制作：在玻璃表面沉积绝缘层、制作图形、电镀布线，形成所需的互连电路。

7）测试、切割：对完成互连的晶圆进行测试，切割成单个器件（Chiplets）用于后续封装集成。

实现TGV全工艺AOI检测全覆盖

TGV工艺的精密性和基材特性，使得每个环节都潜伏着影响最终良率与可靠性的“微纳级杀手”：

1）来料环节：Particle、划痕、微裂纹与内部气泡。

2）诱导环节：孔形不规则、通孔缺陷、面孔圆度不均匀、上下面孔位置度不一致。

3）蚀刻环节：漏孔、孔不通、直径不良、真圆度不良、孔内异物、表面脏污。

4）RDL制作：线宽/线距偏差、断线/短路、层间对位失准。

在 TGV 工艺的各个环节中，任何一个微小的缺陷都可能对最终产品的性能和可靠性产生严重影响。缺陷尺寸微小（常在微米至亚微米级别）、形态多样，人眼无法可靠识别，依赖传统抽检如同“大海捞针”，风险极高、效率低下，无法满足大规模量产对高良率的要求。AOI检测成为保障TGV工艺良率和可靠性的核心屏障。

华屹超精密针对玻璃透明性、高反光性以及微孔高深宽比、高精度填充等独特挑战，自研AOI检测设备，从来料检测、激光诱导、化学蚀刻，到PVD/电镀金属化及重布线层（RDL）制备等每个工艺段进行严格的检测，具备超高的分辨率和检测精度，能够检测到微米级甚至亚微米级的缺陷，克服行业检测痛点，促进工艺优化与良率提升。

TGV 工艺段的成熟，标志着半导体封装从“硅基时代”向“玻璃基时代”的过渡。随着产业链协同深化与工艺瓶颈突破，TGV 有望在未来 5-10 年迎来规模化应用爆发期，推动三维集成进入“玻璃基板+高密度通孔”的全新时代。

对于中国半导体产业而言，聚焦 TGV 材料研发、设备国产化及工艺创新，将是在先进封装领域实现弯道超车的关键机遇。在对三维集成技术需求日益增长的背景下，华屹将继续发挥技术创新优势，推动 TGV全工艺AOI 检测技术的不断发展，为半导体产业的进步做出更大的贡献。