漫长之旅：将玻璃通孔技术（TGV）引入大规模生产

半导体行业是峰谷交错之地。在这里，每一次创新都意味着历经漫长且往往艰难的攀登，最终登顶。就玻璃基板而言，登顶的时刻已近在眼前。

玻璃基板的出现恰逢其时，因为整个行业都在寻求新的工艺创新，以满足对高性能应用（如人工智能）的惊人需求以及其严格的要求，包括进一步减小通孔玻璃基板（TGV）的尺寸和间距。到目前为止，有机基板采用的是电镀通孔（PTH）类型的通孔，但这些将无法满足这些具有挑战性的要求。

随着玻璃芯基板取代有机基板的出现，以往需要基本印刷电路板（PCB）技术的各种工艺呈现出新的复杂性。本博客讨论了通过基板形成互连的情况，无论是有机基板的通孔互连（PTH）还是玻璃基板的通孔硅通孔（TGV）。

前一代技术 PTH 需要通过机械钻孔在覆铜层压板（CCL）基板上钻孔。这些孔的直径通常在约 0.2 毫米到 1 毫米之间。钻孔完成后，使用已有数十年历史的化学镀铜工艺进行镀铜。为了满足诸如人工智能等先进封装的要求，PTH 将被 TGV 技术所取代，该技术能够提供直径小于 0.1 毫米且间距更小的过孔。

对于玻璃芯基板加工而言，制造通孔玻璃基板（TGV）最常用的方法是采用激光结合湿法蚀刻工艺。目前，这些通孔通常呈沙漏形；不过，一些制造商正在试验圆柱形和 V 形。一旦通孔玻璃基板制造完成，就会用铜填充，以在玻璃面板基板的正面和背面之间提供电气连接。

图 1：带有贯穿玻璃通孔的玻璃基板的横截面图。

但在所有这些创新中，存在若干工艺方面的难题，包括裂纹、划痕、缺陷过孔等等。我们将从最具挑战性的难题说起。

通过关键尺寸（CD）控制：顶部、底部和腰部之间的 CD 关系控制着侧壁角度，这在铜籽晶物理气相沉积（PVD）工艺中非常重要。由于 TGV 底部的凹槽轮廓，面板必须在 PVD 气室中翻转以确保籽晶金属的完全覆盖。这些 CD 可以通过高速自动光学检测系统（AOI）确定，该系统能够在不到五分钟的时间内从数百万个过孔中获取尺寸。值得注意的是，一些制造商正在使用粘附化学物质来继续无电镀铜籽晶沉积技术。这也会影响 CD 的变化。

缺失或有缺陷的过孔：必须确保 100% 的测试图形过孔（TGV）畅通无阻且无缺陷。通过将自动光学检测（AOI）中的 TGV 位置与计算机辅助设计（CAD）布局进行对比，即使在数以百万计的过孔中，也能找出单个缺失的过孔，这就好比大海捞针。

镀铜填充、空洞、凹坑和凸起：对于 PTH（印刷电路板中的通孔），镀铜仅需覆盖钻孔通孔的内壁。然而，对于 TGV（硅基板中的通孔），目前行业正在沿着两条不同的路径发展。许多制造商选择用铜完全填充 TGV，而另一些制造商则仅在侧壁上镀金属，然后用介电材料填充 TGV 的其余部分，类似于有机基板中的 PTH。声学技术能够检测填充中的空洞，而干涉传感器则可以确定化学机械平坦化（CMP）铜填充过量后的凹坑和凸起的地形特征。

裂纹和划痕：原材料可能存在裂纹和划痕，尤其是在面板边缘。在铜填充 TGV 后，热循环还会在玻璃芯内产生应力裂纹。这会导致可靠性问题。此外，这些应力可能会在工艺的最后阶段毫无征兆地使裂纹扩展，从而对成品率和最终产品性能产生负面影响。随着面板厚度预计会减至 200 微米，这一问题尤为突出。

为了深入了解之前提到的失效机制，在 TGV 制造工艺的研发阶段，进行高速、100%的检测至关重要。然后，通过统计监测试点线玻璃基板，利用具备人工智能和机器学习算法的先进自动缺陷与分类（ADC）软件，可以在工艺流程早期识别出致命的失效机制，并有助于防止裂纹扩展。这能将面板在最终工艺步骤中报废的高昂风险降至最低。除了 TGV 缺陷检测，需要使用 TGV 测量来保持定位精度、圆度和 CD 控制。所有关键参数都需要进行监测和控制，以防止良率下降。

从缺陷预防的角度来看，自动化机器人基板处理，连同进料玻璃面板的质量控制以及玻璃热膨胀系数（CTE）与封装其余组件的匹配，也在使玻璃芯基板更接近高产量制造准备方面发挥着重要作用。

将玻璃芯基板的线宽/间距（l/s）控制在 1.5 微米以下一直是众多工艺工程师的任务；甚至可以说这是先进封装领域的一座珠穆朗玛峰般的挑战。现在的问题是，玻璃芯基板工程师们要多久才能交付出高良率的 HVM TGV 工艺？

目前，对于是否需要使用玻璃基板取代传统的有机基板，仍有许多人持观望态度。事实上，许多晶圆厂仍在力推有机基板，认为其可以扩展到 1.5 微米线宽/间距。然而，无论如何，针对本博客中讨论的所有挑战，都需要工艺控制解决方案。

在那之前，有机基板和玻璃基板将继续共存，各自达到新的技术高峰。最终，封装架构和/或制造成本将决定哪种技术率先登上这座新的巅峰。