中國粉體網(wǎng)訊 在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，玻璃芯基板憑借高密度、低翹曲、低成本等優(yōu)勢(shì)，成為替代有機(jī)基板與硅轉(zhuǎn)接板的潛力選擇，有望推動(dòng)半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)升級(jí)。當(dāng)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(jī)加工等關(guān)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(cè)等方面面臨多重挑戰(zhàn)，制約其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(dāng)前業(yè)界研究的重點(diǎn)，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(shè)備間轉(zhuǎn)運(yùn)，做TGV時(shí)，很容易產(chǎn)生肉眼難見的微小裂紋。這些裂紋會(huì)大大降低玻璃的強(qiáng)度，稍不注意就會(huì)碎裂，讓整塊基板報(bào)廢。
其次是應(yīng)力問題，TGV里要鍍銅來傳導(dǎo)信號(hào)，電鍍時(shí)銅的結(jié)晶過程不均勻，會(huì)產(chǎn)生“殘余應(yīng)力”，可能讓銅層開裂、變形，甚至整片脫落。為了緩解這個(gè)問題，行業(yè)通常會(huì)在電鍍后給基板“退火”（加熱再冷卻），可退火又會(huì)帶來新的熱應(yīng)力，原因是玻璃和銅的熱膨脹率不一樣，加熱冷卻時(shí)收縮膨脹幅度不同，反而容易把玻璃撐裂。
熱過程對(duì)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(jìn)一步放大了熱應(yīng)力帶來的問題。因制造工藝與應(yīng)用需求，TGV直徑通常為TSV的10倍左右，使其承受更大熱應(yīng)力，面臨TSV中少見的基材開裂與界面分層問題。
看不見、測(cè)不準(zhǔn)，檢測(cè)成了大難題
玻璃最大的特點(diǎn)是透明，可這個(gè)特點(diǎn)在檢測(cè)時(shí)卻成了“絆腳石”。傳統(tǒng)基于純視覺的檢測(cè)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(xì)，玻璃芯基板上的線路已經(jīng)到了微米級(jí)，普通設(shè)備根本測(cè)不了，必須用半導(dǎo)體制造前道的高精度設(shè)備，加上玻璃面板尺寸越來越大，這些檢測(cè)設(shè)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(duì)2微米線寬面板的檢測(cè)技術(shù)，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本檢測(cè)，還有很長(zhǎng)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(gè)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(jī)基板上那樣“抓牢”表面，很容易脫落。
為了解決這個(gè)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(jìn)去，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)的效果已經(jīng)能趕上傳統(tǒng)有機(jī)基板，但表面變粗糙會(huì)讓傳輸信號(hào)的線路變得不平整，增加信號(hào)傳輸?shù)摹白枇Α�，影響芯片性能�?/p>
學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步驗(yàn)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(cè)與評(píng)價(jià)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(cè)技術(shù)創(chuàng)新、粘附層工藝迭代及可靠性標(biāo)準(zhǔn)建立，突破現(xiàn)有瓶頸，推動(dòng)玻璃芯基板實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地，為半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供支撐。
參考來源:
陳昶昊.面向芯粒集成的玻璃芯基板應(yīng)用與關(guān)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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