中國粉體網訊 后摩爾時代，芯片算力提升愈發依賴先進封裝技術。隨著晶體管持續縮小至光罩極限，將大芯片分割為Chiplet，通過2.5D、3D堆疊突破制程限制，已成為行業共識。而在支撐2.5D、3D集成的硅中介層、RDL技術、TSV（硅通孔）等眾多技術中，玻璃基板封裝憑借物理特性優、封裝尺寸大、電氣性能好、抗翹曲能力強等優勢，被視作提升芯片性能的關鍵材料技術，市場關注度持續攀升。
當封裝基材從硅轉向玻璃，原有的TSV工藝也需同步轉化為TGV工藝。TGV的工藝流程主要分為三步：首先通過激光鉆孔在玻璃上制造通孔，此過程會產生局部熱應力并導致表面粗糙；接著利用濕法刻蝕擴大鉆孔，形成TGV溝槽；最后進行金屬籽晶層沉積與電鍍，完成通孔的導電處理。
TSV與TGV技術對比 來源：《芯片三維互連技術及異質集成研究進展》（鐘毅等）
在TGV領域，國內企業已取得階段性突破。通格微通過材料改性與工藝優化，攻克了銅附著力不足、微裂紋控制、孔內填充空洞等難題，實現了3μm孔徑、150∶1深徑比、10mm銅厚的技術指標，可支持4層以上玻璃基板堆疊，滿足AI芯片3D封裝需求。云天半導體則在高頻集成方向創新，其誘導刻蝕技術能在180μm玻璃基板空腔嵌入芯片，借助銅RDL布線實現77GHz汽車雷達天線集成。
來源：通格微官網
盡管國內企業取得技術進展，但玻璃材料自身的物理特性，仍為TGV技術普及設置了多重障礙。
從玻璃本征特性來看，其脆性材質與較低抗拉強度是先天短板。在回流焊、冷熱沖擊測試等溫度劇烈變化場景中，玻璃會產生較大熱機械應力。同時，玻璃與銅的熱膨脹系數存在顯著差異，這種差異會直接導致玻璃-銅界面出現分層或微裂紋，若未及時控制，缺陷會進一步擴散，最終引發局部功能失效甚至整體封裝報廢。
電遷移效應則是TGV互連結構在高電流密度應用中的主要威脅。電流集中效應會優先作用于重布線層（RDL）與TGV的交界區域，以及其他異質材料界面。在電-熱-力三者的耦合作用下，該區域的電遷移失效速度被大幅加快，成為整個封裝系統可靠性的薄弱環節。隨著電遷移時間的累積，界面處形成的空洞等初始缺陷會逐步演變為裂紋并持續擴展，嚴重破壞互連通路。
熱力荷載的作用會進一步加劇玻璃基板的力學風險。一方面，玻璃基體在熱載荷下本身就存在裂紋產生的可能，而TGV較大的直徑會導致界面應力集中，顯著提升裂紋敏感性；且升溫速率與徑向裂紋形成概率呈指數關系，高速升溫會大幅增加失效風險，低速升溫則能通過應力松弛降低這一概率。另一方面，銅互連結構與玻璃的材料特性差異會引發應力失配，二者在彈性模量與熱膨脹系數上的顯著不同，會使其在熱載荷下產生不同程度的變形，進而導致界面應力集中。
TGV與RDL構成的互連結構，還會在特定場景下出現電學性能問題。低電流密度環境中，TGV的電學可靠性較高，但進入大電流密度與高頻應用場景后，工藝缺陷與熱載荷的雙重影響會導致其傳輸性能明顯下降。
制造加工環節引入的缺陷同樣會對TGV技術的可靠性造成沖擊。受玻璃脆性的影響，激光鉆孔、化學腐蝕、砂噴、微加工等TGV制造常用工藝，很容易在玻璃基板上留下微裂紋、孔周應力集中、表面粗糙度超標等缺陷。這些加工缺陷會為后續使用埋下隱患，可能引發芯片互連失效、界面脫粘、導體填充層斷裂等一系列問題，直接影響封裝產品的良率與使用壽命。
可見，玻璃封裝雖前景廣闊，但TGV技術仍需跨越玻璃材料物理特性帶來的多重難關。不過，相信未來隨著材料改性、工藝優化、可靠性設計等技術的持續突破，TGV有望逐步實現成熟化與規模化應用，推動玻璃基板封裝成為先進封裝領域的主流方案，為后摩爾時代芯片算力提升注入新動力。
參考來源:
鐘毅.芯片三維互連技術及異質集成研究進展
廣發證券《半導體設備系列研究之二十八玻璃基板從零到一，TGV為關鍵工藝》
中國電子報《半導體玻璃封裝大熱，TGV還有多少難題待解？》
(中國粉體網編輯整理/月明)
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