中國粉體網(wǎng)訊 TGV技術(shù)是近年來在先進(jìn)封裝（如2.5D/3D IC、射頻器件、MEMS、光電子集成等）領(lǐng)域備受關(guān)注的關(guān)鍵工藝。相較于傳統(tǒng)的硅通孔（TSV）和有機(jī)基板，玻璃基板憑借其優(yōu)異的高頻性能、低介電損耗、高平整度及熱穩(wěn)定性，成為新一代封裝材料的理想選擇。而TGV成孔技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)玻璃基板互連的核心環(huán)節(jié)，如何制備出高深寬比、窄節(jié)距、高垂直度、高側(cè)壁粗糙度、低成本的玻璃通孔一直是多年來各種研究工作的重心。目前主流的玻璃通孔加工成型方法有噴砂法、聚焦放電法、等離子刻蝕法、電化學(xué)放電法、光敏玻璃法等。
噴砂法
加工步驟：噴砂法要求在加工前先在玻璃基板上制作一層復(fù)合掩模，然后以制備的復(fù)合掩模為基礎(chǔ)，采用干粉噴砂工藝對玻璃晶片進(jìn)行蝕刻。可在玻璃晶片的一側(cè)先蝕刻一次，隨后在玻璃晶片的另一側(cè)也采用同樣的工藝步驟進(jìn)行蝕刻，兩次噴砂蝕刻過程中必須保證中心點(diǎn)完全對稱以形成完整的通孔。
工藝特點(diǎn)：由于噴砂法制作的通孔非常粗糙，孔徑較大且一致性較差，所以該方法只能制作孔徑較大(>200μm)、間距較大的玻璃通孔，在先進(jìn)封裝工藝中使用較少。
聚焦放電法
加工步驟：將玻璃放在兩個電極之間，通過控制放電對玻璃局部區(qū)域進(jìn)行放電熔融，通過焦耳熱使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生高應(yīng)力，引起內(nèi)部高壓和介電擊穿，上述步驟可以在不到1μs的時間內(nèi)就完成100~500μm厚的玻璃通孔制備，可以制備最小孔徑為20μm、深寬比5~8的玻璃通孔。
工藝特點(diǎn)：聚焦放電產(chǎn)生玻璃通孔的方法可以制備多種類型的玻璃，如石英、鈉鈣玻璃、無堿玻璃、含堿玻璃等，該方法能夠制作均勻性較好、沒有裂紋的高密度通孔。但由于此方法是單次進(jìn)行單孔制作，所以生產(chǎn)效率較低，且從玻璃通孔的切片結(jié)果來看，通孔的形狀不是很垂直，可能會影響后續(xù)填充的效果。
聚焦放電法制作的TGV陣列以及截面圖 來源：《玻璃通孔技術(shù)研究進(jìn)展》
等離子體刻蝕
加工步驟：在石英上蒸發(fā)沉積一層鋁層作為刻蝕硬掩模，通過光刻的方法暴露出玻璃表面需要光刻的位置，用氯氣或者三氯化硼腐蝕暴露的鋁層，用氧氣等離子體去除玻璃表面的光刻膠，利用全氟環(huán)丁烷/氬氣等離子體蝕刻石英以形成TGV。
工藝特點(diǎn)：等離子體法刻蝕TGV可以同時進(jìn)行大面積的多個TGV刻蝕，因此生產(chǎn)效率相較聚焦放電法可以得到改善，且因?yàn)槠鋫?cè)壁粗糙度小（<150nm）、側(cè)壁無損傷，擁有良好的可靠性保證。但是等離子刻蝕TGV的方法也還存在許多缺點(diǎn)，包括工藝復(fù)雜，需要額外的多個步驟；生產(chǎn)成本高，需要用到掩膜版、光刻膠等。
電化學(xué)放電加工法
加工步驟：電化學(xué)放電加工法是一種將電火花加工（EDM）和電解加工（ECM）相結(jié)合的新型低成本玻璃微加工方法。將工具電極和對電極分別連接到電源的正、負(fù)端子上，當(dāng)兩個電極之間存在電位差時，工具電極周圍會形成一層氫氣膜將工具電極與周圍的電解液完全隔離。當(dāng)電位差進(jìn)一步增大時，氫氣膜破裂，產(chǎn)生電化學(xué)放電，并將玻璃融化并移除。
工藝特點(diǎn)：該方法不僅工藝簡單，且對設(shè)備要求較低，能快速加工出TGV。但是目前該方法只能加工出孔徑大于300μm且上開口大于下開口的錐形玻璃通孔，這也大大限制了該方法的應(yīng)用范圍。
電化學(xué)放電法制備TGV裝置 來源：廣發(fā)證券
光敏玻璃法
加工步驟：光敏玻璃法是指根據(jù)光敏玻璃材料特性，利用紫外曝光、熱處理、濕法刻蝕等方法實(shí)現(xiàn)玻璃通孔加工的工藝流程。加工前需先將玻璃進(jìn)行預(yù)處理，即將玻璃先后放入異丙醇和丙酮中分別超聲清洗10min取出后用氮?dú)獯蹈桑ゲＡП砻骐s質(zhì)，隨后先通過紫外光對光敏玻璃進(jìn)行曝光，并在馬弗爐中進(jìn)行熱處理以讓紫外線照射過的區(qū)域材料變性成為陶瓷材料，最后通過氫氟酸溶液進(jìn)行濕法刻蝕來去除陶瓷材料，整個加工過程中需要精密的溫度控制。
工藝特點(diǎn)：基于光敏玻璃的TGV制作方法優(yōu)勢在于采用高刻蝕速率的濕法腐蝕可以實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕，從而獲得高密度、高深寬比的玻璃通孔。但是該技術(shù)也存在兩個問題，首先是價格昂貴，光敏玻璃本身的材料價格和工藝制程價格都相對較高，其次是對于不同尺寸的圖形，尤其是盲孔或者盲槽的刻蝕，由于腐蝕速率不同會造成圖形定義精度差別較大。
激光誘導(dǎo)刻蝕法
加工步驟：使用皮秒激光在玻璃上產(chǎn)生變性區(qū)域，將激光處理過的玻璃放到氫氟酸溶液中進(jìn)行刻蝕。
工藝特點(diǎn)：激光誘導(dǎo)刻蝕法的反應(yīng)機(jī)理與光敏玻璃法類似，都是通過某種光線的照射使得玻璃內(nèi)部出現(xiàn)變性區(qū)域，然后通過酸溶液濕法刻蝕完成，區(qū)別在于激光誘導(dǎo)刻蝕法無需使用特殊的光敏玻璃。
激光誘導(dǎo)刻蝕制作的TGV陣列以及截面圖 來源：廣發(fā)證券
TGV成孔作為玻璃基板應(yīng)用于先進(jìn)封裝的核心技術(shù)，直接決定了玻璃基板的商業(yè)化前景。未來，伴隨著更多玻璃基板先進(jìn)成孔技術(shù)的誕生，半導(dǎo)體先進(jìn)封裝領(lǐng)域也勢必會有突破性的進(jìn)展。
參考來源：
王剛.三維集成封裝中光敏玻璃通孔制備工藝研究
陳力.玻璃通孔技術(shù)研究進(jìn)展
廣發(fā)證券發(fā)展研究中心
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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