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(duì)玻璃晶片進(jìn)行蝕刻�？稍诓ＡЬ囊粋�(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(duì)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(gè)電極之間，通過控制放電對(duì)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(shí)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(huì)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(shí)進(jìn)行大面積的多個(gè)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�。�<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(gè)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(duì)電極分別連接到電源的正、負(fù)端子上，當(dāng)兩個(gè)電極之間存在電位差時(shí)，工具電極周圍會(huì)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(shí)，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(jiǎn)單，且對(duì)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�，除去玻璃表面雜質(zhì)，隨后先通過紫外光對(duì)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(gè)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(shì)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(gè)問題，首先是價(jià)格昂貴，光敏玻璃本身的材料價(jià)格和工藝制程價(jià)格都相對(duì)較高，其次是對(duì)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(huì)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(shì)必會(huì)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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