中國粉體網(wǎng)訊 在先進封裝領域，玻璃芯基板憑借高密度、低翹曲、低成本等優(yōu)勢，成為替代有機基板與硅轉(zhuǎn)接板的潛力選擇，有望推動半導體封裝產(chǎn)業(yè)升級。當前國內(nèi)基板廠普遍采用“外部采購玻璃面板+自主完成后道加工”的模式，涵蓋TGV（玻璃通孔）制造、電鍍?nèi)�、上下增層及機加工等關鍵工序。然而，玻璃材料自身特性及新型工藝需求，使玻璃芯基板在加工、可靠性與檢測等方面面臨多重挑戰(zhàn)，制約其產(chǎn)業(yè)化進程。
TGV：核心部件卻問題最多
TGV作為玻璃芯基板的核心結(jié)構(gòu)，其制備與服役過程的可靠性是當前業(yè)界研究的重點，也是技術(shù)落地的核心薄弱環(huán)節(jié)。
首先，加工過程中容易損壞，玻璃基板要經(jīng)過多道工序、在不同設備間轉(zhuǎn)運，做TGV時，很容易產(chǎn)生肉眼難見的微小裂紋。這些裂紋會大大降低玻璃的強度，稍不注意就會碎裂，讓整塊基板報廢。
其次是應力問題，TGV里要鍍銅來傳導信號，電鍍時銅的結(jié)晶過程不均勻，會產(chǎn)生“殘余應力”，可能讓銅層開裂、變形，甚至整片脫落。為了緩解這個問題，行業(yè)通常會在電鍍后給基板“退火”（加熱再冷卻），可退火又會帶來新的熱應力，原因是玻璃和銅的熱膨脹率不一樣，加熱冷卻時收縮膨脹幅度不同，反而容易把玻璃撐裂。
熱過程對TGV的影響 來源：Okoro.Monitoring of the Effect of Thermal Shock on Crack Growth in Copper Through-Glass Via Substrates
TGV與傳統(tǒng)TSV（硅通孔）的結(jié)構(gòu)差異，進一步放大了熱應力帶來的問題。因制造工藝與應用需求，TGV直徑通常為TSV的10倍左右，使其承受更大熱應力，面臨TSV中少見的基材開裂與界面分層問題。
看不見、測不準，檢測成了大難題
玻璃最大的特點是透明，可這個特點在檢測時卻成了“絆腳石”。傳統(tǒng)基于純視覺的檢測手段難以適用，無法探查到界面的情況，比如線路有沒有空洞、界面有沒有分離，都很難發(fā)現(xiàn)。
而且，現(xiàn)在芯片的線路越來越細，玻璃芯基板上的線路已經(jīng)到了微米級，普通設備根本測不了，必須用半導體制造前道的高精度設備，加上玻璃面板尺寸越來越大，這些檢測設備的成本也水漲船高，無形中提高了行業(yè)的入門門檻。雖然目前已有針對2微米線寬面板的檢測技術(shù)，但要實現(xiàn)大規(guī)模、低成本檢測，還有很長的路要走。
線路粘不牢，表面增層有煩惱
要在玻璃表面加線路層，銅和玻璃粘不牢也是一個繞不開的問題，玻璃表面又光滑又平整，銅線路沒法像在有機基板上那樣“抓牢”表面，很容易脫落。
為了解決這個問題，基板廠大多在開發(fā)玻璃表面“粗化”技術(shù)，把光滑的玻璃表面變得粗糙一些，讓銅線路能“嵌”進去，現(xiàn)在這項技術(shù)的效果已經(jīng)能趕上傳統(tǒng)有機基板，但表面變粗糙會讓傳輸信號的線路變得不平整，增加信號傳輸?shù)摹白枇Α�，影響芯片性能�?/p>
學術(shù)界則更喜歡用“粘附層”的方法，在玻璃表面先鍍一層薄薄的金屬（比如TiW、Cr）或聚合物（比如聚酰亞胺），再在上面鍍銅，有實驗顯示，50納米厚、表面粗糙度4.4納米的TiW層，附著力最好；涂聚酰亞胺也能有效提高銅層的附著力，而且經(jīng)過350℃高溫和-55℃到150℃的冷熱循環(huán)后，粘合力依然穩(wěn)定。但這些方法的成本和量產(chǎn)兼容性，還需要進一步驗證。
總體而言，玻璃芯基板技術(shù)挑戰(zhàn)集中于TGV可靠性、檢測與評價體系完善、表面增層粘附性三大維度。未來需通過多工藝協(xié)同控制、檢測技術(shù)創(chuàng)新、粘附層工藝迭代及可靠性標準建立，突破現(xiàn)有瓶頸，推動玻璃芯基板實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地，為半導體封裝產(chǎn)業(yè)升級提供支撐。
參考來源:
陳昶昊.面向芯粒集成的玻璃芯基板應用與關鍵挑戰(zhàn)
Yang.Study of metallization on polyimide-coated quartz glass for spatial application
CHEN L,WANG Q,CAI J,et al.Study of glass metallization and adhesion evaluation for TGV application
Okoro.Monitoring of the Effect of Thermal Shock on Crack Growth in Copper Through-Glass Via Substrates
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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