中國(guó)粉體網(wǎng)訊  后摩爾時(shí)代，芯片算力提升愈發(fā)依賴先進(jìn)封裝技術(shù)。隨著晶體管持續(xù)縮小至光罩極限，將大芯片分割為Chiplet，通過(guò)2.5D、3D堆疊突破制程限制，已成為行業(yè)共識(shí)。而在支撐2.5D、3D集成的硅中介層、RDL技術(shù)、TSV（硅通孔）等眾多技術(shù)中，玻璃基板封裝憑借物理特性優(yōu)、封裝尺寸大、電氣性能好、抗翹曲能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被視作提升芯片性能的關(guān)鍵材料技術(shù)，市場(chǎng)關(guān)注度持續(xù)攀升。

當(dāng)封裝基材從硅轉(zhuǎn)向玻璃，原有的TSV工藝也需同步轉(zhuǎn)化為T(mén)GV工藝。TGV的工藝流程主要分為三步：首先通過(guò)激光鉆孔在玻璃上制造通孔，此過(guò)程會(huì)產(chǎn)生局部熱應(yīng)力并導(dǎo)致表面粗糙；接著利用濕法刻蝕擴(kuò)大鉆孔，形成TGV溝槽；最后進(jìn)行金屬籽晶層沉積與電鍍，完成通孔的導(dǎo)電處理。

TSV與TGV技術(shù)對(duì)比 來(lái)源：《芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進(jìn)展》（鐘毅等）

在TGV領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)已取得階段性突破。通格微通過(guò)材料改性與工藝優(yōu)化，攻克了銅附著力不足、微裂紋控制、孔內(nèi)填充空洞等難題，實(shí)現(xiàn)了3μm孔徑、150∶1深徑比、10mm銅厚的技術(shù)指標(biāo)，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(dǎo)體則在高頻集成方向創(chuàng)新，其誘導(dǎo)刻蝕技術(shù)能在180μm玻璃基板空腔嵌入芯片，借助銅RDL布線實(shí)現(xiàn)77GHz汽車?yán)走_(dá)天線集成。

來(lái)源：通格微官網(wǎng)

盡管國(guó)內(nèi)企業(yè)取得技術(shù)進(jìn)展，但玻璃材料自身的物理特性，仍為T(mén)GV技術(shù)普及設(shè)置了多重障礙。

從玻璃本征特性來(lái)看，其脆性材質(zhì)與較低抗拉強(qiáng)度是先天短板。在回流焊、冷熱沖擊測(cè)試等溫度劇烈變化場(chǎng)景中，玻璃會(huì)產(chǎn)生較大熱機(jī)械應(yīng)力。同時(shí)，玻璃與銅的熱膨脹系數(shù)存在顯著差異，這種差異會(huì)直接導(dǎo)致玻璃-銅界面出現(xiàn)分層或微裂紋，若未及時(shí)控制，缺陷會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散，最終引發(fā)局部功能失效甚至整體封裝報(bào)廢。

電遷移效應(yīng)則是TGV互連結(jié)構(gòu)在高電流密度應(yīng)用中的主要威脅。電流集中效應(yīng)會(huì)優(yōu)先作用于重布線層（RDL）與TGV的交界區(qū)域，以及其他異質(zhì)材料界面。在電-熱-力三者的耦合作用下，該區(qū)域的電遷移失效速度被大幅加快，成為整個(gè)封裝系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。隨著電遷移時(shí)間的累積，界面處形成的空洞等初始缺陷會(huì)逐步演變?yōu)榱鸭y并持續(xù)擴(kuò)展，嚴(yán)重破壞互連通路。

熱力荷載的作用會(huì)進(jìn)一步加劇玻璃基板的力學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。一方面，玻璃基體在熱載荷下本身就存在裂紋產(chǎn)生的可能，而TGV較大的直徑會(huì)導(dǎo)致界面應(yīng)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(shù)關(guān)系，高速升溫會(huì)大幅增加失效風(fēng)險(xiǎn)，低速升溫則能通過(guò)應(yīng)力松弛降低這一概率。另一方面，銅互連結(jié)構(gòu)與玻璃的材料特性差異會(huì)引發(fā)應(yīng)力失配，二者在彈性模量與熱膨脹系數(shù)上的顯著不同，會(huì)使其在熱載荷下產(chǎn)生不同程度的變形，進(jìn)而導(dǎo)致界面應(yīng)力集中。

TGV與RDL構(gòu)成的互連結(jié)構(gòu)，還會(huì)在特定場(chǎng)景下出現(xiàn)電學(xué)性能問(wèn)題。低電流密度環(huán)境中，TGV的電學(xué)可靠性較高，但進(jìn)入大電流密度與高頻應(yīng)用場(chǎng)景后，工藝缺陷與熱載荷的雙重影響會(huì)導(dǎo)致其傳輸性能明顯下降。

制造加工環(huán)節(jié)引入的缺陷同樣會(huì)對(duì)TGV技術(shù)的可靠性造成沖擊。受玻璃脆性的影響，激光鉆孔、化學(xué)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(yīng)力集中、表面粗糙度超標(biāo)等缺陷。這些加工缺陷會(huì)為后續(xù)使用埋下隱患，可能引發(fā)芯片互連失效、界面脫粘、導(dǎo)體填充層斷裂等一系列問(wèn)題，直接影響封裝產(chǎn)品的良率與使用壽命。

可見(jiàn)，玻璃封裝雖前景廣闊，但TGV技術(shù)仍需跨越玻璃材料物理特性帶來(lái)的多重難關(guān)。不過(guò)，相信未來(lái)隨著材料改性、工藝優(yōu)化、可靠性設(shè)計(jì)等技術(shù)的持續(xù)突破，TGV有望逐步實(shí)現(xiàn)成熟化與規(guī)模化應(yīng)用，推動(dòng)玻璃基板封裝成為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的主流方案，為后摩爾時(shí)代芯片算力提升注入新動(dòng)力。

參考來(lái)源:

鐘毅.芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進(jìn)展

廣發(fā)證券《半導(dǎo)體設(shè)備系列研究之二十八玻璃基板從零到一，TGV為關(guān)鍵工藝》

中國(guó)電子報(bào)《半導(dǎo)體玻璃封裝大熱，TGV還有多少難題待解？》

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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