摩爾定律發展趨勢放緩和集成電路應用的多元化發展，是當前集成電路產業的兩個重要特點，隨著智能手機、物聯網、汽車電子、高性能計算、5G和人工智能等領域產品的興起，特別是5G領域（5G毫米波（28-60GHz）、5G Sub-6GHz、5G物聯網（Sub-1GHz））高速、高頻、以及多種器件異質集成的運用要求，需要先進封裝技術不斷創新發展。

基于硅通孔的轉接板（Interposer) 2.5D集成技術作為先進系統集成技術，可實現多芯片高密度三維集成，但硅基轉接板的成本高且電學性能差，使其市場化運用受限。作為一種可能替代硅基轉接板的材料，玻璃通孔（TGV）三維互連技術因眾多優勢正在成為當前的研究熱點，與硅基板相比，TGV的優勢主要體現在：1）優良的高頻電學特性。玻璃材料是一種絕緣體材料，介電常數只有硅材料的1/3左右，損耗因子比硅材料低2-3個數量級，使得襯底損耗和寄生效應大大減小，保證了傳輸信號的完整性；2）大尺寸超薄玻璃襯底易于獲取。Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃廠商可以提供超大尺寸（>2m × 2m）和超薄（<50μm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。3）低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于獲取，以及不需要沉積絕緣層，玻璃轉接板的制作成本大約只有硅基轉接板的1/8；4）工藝流程簡單。不需要在襯底表面及TGV內壁沉積絕緣層，且超薄轉接板中不需要減薄；5）機械穩定性強。即便當轉接板厚度小于100μm時，翹曲依然較小；6）應用領域廣泛。除了在高頻領域有良好應用前景，作為一種透明材料，還可應用于光電系統集成領域，氣密性和耐腐蝕性優勢使得玻璃襯底在MEMS封裝領域有巨大的潛力。幾種常用基板材料性能參數如表1所示。

表1 各種材料的性能參數對比

近年來，國內外許多研究者致力于研發低成本、小尺寸、細間距、無損快速玻璃成孔技術的開發，如噴砂法、光敏玻璃、等離子體刻蝕、聚焦放電、激光燒蝕等。但是由于玻璃材料的易碎性和化學惰性，當前已有的方法都還存在許多問題，距離實際應用和大規模的量產，還有很長的路要走。截止目前，玻璃通孔三維互連技術發展的主要困難包括：1）現有的方法雖然可以實現TGV，但有些方法會損傷玻璃，造成表面不光滑；有些方法的加工效率低，沒法大規模量產；2）TGV的高質量填充技術，與TSV不同，TGV孔徑相對比較大且多為通孔，電鍍時間和成本將增加；3）與硅材料相比，由于玻璃表面平滑，與常用金屬（如Cu）的黏附性較差，容易造成玻璃襯底與金屬層之間的分層現象，導致金屬層卷曲，甚至脫落等現象。

據麥姆斯咨詢報道，廈門云天半導體科技有限公司團隊在TGV技術領域開展了多年研發，先后采用激光燒蝕、等離子體刻蝕、光敏玻璃工藝等技術方案，探索可規模化量產技術。近兩年，成功開發先進激光加工技術，實現了低成本、高效率的玻璃通孔制備，并實現深寬比為10:1的玻璃通孔量產。近期研發結果顯示，該技術可以做到20:1的深孔和5:1深的玻璃盲孔，且具備較好的形貌。云天半導體是目前全球率先具備低成本規模化量產TGV技術的代工企業，處于業界領先地位。

圖1：玻璃通孔超高密度列陣（孔徑20 um，孔間距40um）

圖2：220/20玻璃通孔截面圖

借助于云天半導體特色激光加工工藝，每秒可完成數百個以上的通孔制作，可以加工出多種形狀的通孔，如方形通孔，圓形通孔，以及異形孔通孔也可加工，實現產品小型化，降低側壁粗糙度，高效且成本低，滿足客戶多種要求。

云天半導體率先建立TGV晶圓雙面電鍍銅完全填充工藝，采用低成本光刻+電鍍技術，可實現TGV孔填充和RDL金屬一次成型。這種工藝可以廣泛的應用于3D互連，且在IPD器件上實現高Q值（超過60@1GHz）。該技術可為快速發展的射頻應用提供3D集成封裝技術解決方案。如圖3所示，為TGV銅填充陣列。

圖3：TGV銅填充陣列

通過玻璃通孔將集成電路和電子器件在垂直方向堆疊起來的三維集成技術，為電子系統的性能提升和系統級集成提供了一種高性能、低成本的解決方案。玻璃轉接板，由于其巨大的高互連密度和高熱機械可靠性優勢，在三維集成技術中有著廣闊的應用前景。其中，高電學性能、高可靠性、低成本制造是玻璃通孔走向實際應用的核心因素。如圖4所示，為玻璃轉接板在三維集成芯片中的應用。

圖4：TGV轉接板在三維封裝中的應用

TGV技術還可以應用于醫療、光電器件、射頻模塊、電子氣體放大器、設備治具等領域，隨著技術進步，成本不斷降低，應用將愈加廣泛。

云天半導體簡介：

廈門云天半導體科技有限公司成立于2018年7月，致力于5G應用的半導體系統集成協同設計、工藝研發、工程驗證和量產服務。公司建有研發基地和量產生產線，以3D-WLP/IPD/TGV/Fan-out等領先創新技術為客戶提供系統封裝集成方案和量產服務。