中國粉體網(wǎng)訊 在現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展中，電子設(shè)備正朝著小型化、高性能化的方向不斷邁進(jìn)。為了滿足這一趨勢，各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，玻璃通孔（TGV）金屬化技術(shù)便是其中之一。
TGV金屬化是什么？
TGV金屬化，簡單來說，就是在玻璃基板上制作出微小的通孔，并在這些通孔內(nèi)填充金屬，從而實(shí)現(xiàn)電氣連接和信號傳輸?shù)募夹g(shù)。玻璃基板具有良好的電氣絕緣性、熱穩(wěn)定性以及較低的介電常數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于電子設(shè)備中。而通過在玻璃基板上實(shí)現(xiàn)通孔金屬化，能夠?yàn)樾酒入娮釉峁└咝У幕ミB通道，極大地提升電子設(shè)備的性能。
TGV金屬化的工藝步驟
玻璃基板選擇與處理：首先要挑選合適的玻璃材料，像高品質(zhì)硼硅玻璃或石英玻璃就常被選用，它們熱膨脹系數(shù)低，介電性能高。選好后，需對玻璃基板進(jìn)行仔細(xì)清洗和預(yù)處理，保證其表面干凈、沒有缺陷，為后續(xù)工藝打下良好基礎(chǔ)。
通孔制作：這一步有多種微細(xì)加工技術(shù)可供選擇，比如噴砂、超聲波鉆孔、濕法刻蝕、深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）、光敏刻蝕、激光刻蝕等。其中，激光誘導(dǎo)深度刻蝕（LIDE）是較為先進(jìn)的方法，它能精準(zhǔn)控制孔徑大小，高深寬比的通孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能讓側(cè)壁保持平滑，減少裂紋和粗糙度。
種子層沉積：在玻璃通孔內(nèi)壁要沉積一層很薄的金屬種子層，一般采用濺射工藝。這層種子層的作用是為后續(xù)電鍍時(shí)銅或其他導(dǎo)電材料的附著提供基礎(chǔ)，就如同在土地上播下種子，為后續(xù)生長做準(zhǔn)備。在半導(dǎo)體制造中，種子層的均勻性和質(zhì)量對最終的金屬化效果至關(guān)重要。
填充導(dǎo)電材料：通過電鍍工藝將銅等導(dǎo)電材料填入已做好的通孔內(nèi)，形成垂直互連的導(dǎo)電路徑。這個(gè)過程必須保證通孔被完全填充，不能有空洞，否則會(huì)影響電氣性能。在大規(guī)模生產(chǎn)中，需要精確控制電鍍的參數(shù)，如電流密度、電鍍時(shí)間等，以確保每個(gè)通孔都能高質(zhì)量地填充金屬。
平坦化與去膜：完成電鍍后，要對表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）處理，去除多余的金屬，讓基板表面平整。之后還要去除相關(guān)的保護(hù)膜等。平整的表面有利于后續(xù)的電路連接和封裝等工藝，就像建造房屋時(shí)，需要先把地面平整好一樣。
再布線與封裝連接：在玻璃基板上建立重新分布層（RDL），進(jìn)行電路布局和引腳設(shè)計(jì)，以便與其他芯片或外部封裝元件連接。然后添加凸點(diǎn)（bump）或其他互連結(jié)構(gòu)，如焊球，完成芯片間的電氣和機(jī)械連接。這一步就像是搭建一個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)電子元件連接起來，實(shí)現(xiàn)它們之間的協(xié)同工作。
單面盲孔電鍍TGV金屬化工藝流程 來源：《玻璃通孔技術(shù)的射頻集成應(yīng)用研究進(jìn)展》（喻甜等）
TGV金屬化的優(yōu)勢
高頻性能優(yōu)異：玻璃材料的低介電損耗和高介電常數(shù)特性，使得玻璃通孔金屬化技術(shù)在高頻應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能實(shí)現(xiàn)高頻信號的低損耗傳輸。在5G通信設(shè)備中，信號傳輸頻率高，使用TGV金屬化技術(shù)可以有效減少信號損耗，提升通信質(zhì)量。
封裝密度高：它能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)芯片或電路元件的堆疊封裝，顯著提高了封裝密度，讓電子設(shè)備體積更小、重量更輕的同時(shí)，性能和可靠性還能得到提升。在智能手表等小型化電子設(shè)備中，就充分利用了這一優(yōu)勢，在有限的空間內(nèi)集成更多功能。
成本效益較好：雖然前期投入可能較高，但從長遠(yuǎn)看，由于提高了封裝密度和生產(chǎn)效率，降低了后續(xù)維護(hù)和更換成本，整體具有較高的成本效益。而且玻璃基板成本相對硅基板更低，進(jìn)一步降低了成本。
TGV金屬化的應(yīng)用領(lǐng)域
半導(dǎo)體封裝：通過玻璃基板上的微米級通孔實(shí)現(xiàn)多層芯片垂直互連，提升集成密度，助力半導(dǎo)體行業(yè)邁向3D集成與微型化。像英特爾等公司計(jì)劃將TGV金屬化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心芯片，通過玻璃中介層實(shí)現(xiàn)高帶寬內(nèi)存（HBM）與中央處理器（CPU）的低延遲連接，大幅提升帶寬。
5G通信：其低信號損耗特性滿足5G毫米波通信對高頻器件的要求，可有效提高射頻模塊的信號完整性。例如，廈門大學(xué)于大全團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)制備的毫米波封裝天線，通過多層玻璃晶圓堆疊實(shí)現(xiàn)了低損耗信號傳輸。
五層玻璃堆疊TGV封裝天線 來源：Su.Development of compact millimeter-wave antenna by stacking of five glass wafers with through glass vias
醫(yī)療設(shè)備:在植入式醫(yī)療設(shè)備傳感器封裝、微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人等醫(yī)療領(lǐng)域，玻璃的高絕緣性、耐腐蝕性以及TGV金屬化技術(shù)的精密性都具有獨(dú)特優(yōu)勢。比如在心臟起搏器等植入式設(shè)備中，可靠的電氣連接和良好的生物兼容性至關(guān)重要，TGV金屬化技術(shù)就能發(fā)揮重要作用。
參考來源:
喻甜.玻璃通孔技術(shù)的射頻集成應(yīng)用研究進(jìn)展
Yu.Development of embedded glass wafer fan-out package with 2D antenna arrays for 77 GHz millimeter-wave chip
Su.Development of compact millimeter-wave antenna by stacking of five glass wafers with through glass vias
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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