玻璃通孔技術研究進展

陳力 楊曉鋒 于大全

（廈門大學電子科學與技術學院 廈門云天半導體科技有限公司）

摘要：

近年來，隨著5G、可穿戴設備、智能手機、汽車電子、人工智能等新興領域蓬勃興起，集成電路應用正向著多元化應用方向發展，先進三維封裝技術也逐漸成為實現電子產品小型化、輕質化、多功能化的重要手段。玻璃通孔(TGV)互連技術具有高頻電學特性優異、成本低、工藝流程簡單、機械穩定性強等應用優勢，在射頻器件、微機電系統(MEMS)封裝、光電系統集成等領域具有廣泛的應用前景。綜述了國內外高密度玻璃通孔制作、金屬填充、表面高密度布線的研究進展，對玻璃通孔技術特點及其應用進行了總結。

1引言

隨著智能手機、物聯網、汽車電子、高性能計算、5G、人工智能等新興領域的蓬勃發展，隨之出現的各種新的應用對先進封裝提出更高的要求。硅基轉接板2.5D集成技術作為先進系統集成技術，近年來得到了迅猛的發展。但硅基轉接板存在兩個主要問題：1)成本高，硅通孔(TSV)制作采用硅刻蝕工藝，隨后硅通孔需要氧化絕緣層、薄晶圓的拿持等技術；2)電學性能差，硅材料屬于半導體材料，傳輸線在傳輸信號時，信號與襯底材料有較強的電磁耦合效應，襯底中產生渦流現象，造成信號完整性較差（插損、串擾等）[1]。作為一種可能替代硅基轉接板的材料，玻璃通孔（TGV）轉接板因其眾多優勢正在成為國內外半導體企業和科研院所的研究熱點[2-5]。

與硅基轉接板相比，玻璃轉接板的優勢主要體現在以下幾個方面。

1）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；2）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，可以有效提高傳輸信號的完整性；3）大尺寸超薄玻璃襯底易于獲?。嚎祵?、旭硝子以及肖特等玻璃廠商可以量產超大尺寸（大于2 m×2 m）和超?。ㄐ∮?0 μm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料；4）工藝流程簡單：不需要在襯底表面及TGV內壁沉積絕緣層，且超薄轉接板不需要二次減??；5）機械穩定性強：當轉接板厚度小于100 μm時，翹曲依然較??；6）應用領域廣泛：除了在高頻領域有良好應用前景之外，透明、氣密性好、耐腐蝕等性能優點使玻璃通孔在光電系統集成領域[6]、MEMS封裝領域有巨大的應用前景。

目前玻璃轉接板技術已得到了國內外的廣泛關注，大批科研人員針對TGV玻璃轉接板開展了大量的相關工藝技術[3-5]、器件集成技術的研究工作，如高密度TGV制作、TGV的金屬填充、表面高密度金屬布線，玻璃基集成波導、芯片間光互聯、濾波器、射頻模塊等[6-8]。本文對TGV成孔技術、TGV金屬填充技術、TGV高密度布線技術的國內外研究現狀進行了綜述。

2玻璃通孔成孔技術

制約玻璃通孔技術發展的主要困難之一就是玻璃通孔成孔技術，需要滿足高速、高精度、窄節距、側壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。多年以來，許多研究工作都在致力于研發低成本、快速可規?；慨a的成孔技術。下面將簡要介紹近年來常用的玻璃通孔成孔技術，同時分析其優缺點。

2.1噴砂法

首先需要在玻璃基板上制作一層復合掩模，然后以制備的復合掩模為基礎，采用干粉噴砂工藝對玻璃晶片進行蝕刻[9-11]?？紤]到蝕刻效率和寬高比，可在玻璃晶片的一側先蝕刻一次；隨后，在玻璃晶片的另一側也采用上述同樣的工藝步驟進行蝕刻。在兩次噴砂蝕刻過程中，必須保證對中形成完整的通孔。通過噴砂法制作的玻璃通孔結構如圖1所示。從圖1可以明顯看出，噴砂法制作的通孔非常粗糙；該方法只能制作孔徑較大(>200 μm)、間距較大的玻璃通孔；該工藝中使用的沙粒直徑為20~50 μm，如此大的顆粒會對玻璃表面以及孔的側壁造成封裝系統無法接受的損傷。

2.2光敏玻璃法

通過紫外線照射定義圖形，光敏玻璃中摻雜有一定濃度的三價鈰離子（Ce 3+）和銀離子（Ag +），經過一定波長的紫外線曝光后，三價鈰離子釋放一個電子變成四價的鈰離子（Ce 4+），銀離子與釋放的電子結合形成銀原子，該區域形成變性區，主要反應式如下：

曝光后再經過后續的高溫燒結工藝，經過紫外光照射的區域材料屬性轉變為陶瓷材料，最后通過氫氟酸腐蝕去除陶瓷材料。詳細工藝流程如圖2所示?；诠饷舨ＡУ腡GV制作方法，其優勢在于采用高刻蝕速率的濕法腐蝕實現各向異性刻蝕，可獲得高密度、高深寬比的TGV。圖3為該工藝制作的TGV陣列顯微圖像。但是該技術也存在兩個問題：1)價格昂貴，包括光敏玻璃本身的材料價格和工藝制程價格；2)對于不同尺寸的圖形，尤其是盲孔或者盲槽的刻蝕，由于腐蝕速率不同，會造成圖形定義精度差別較大[12-13]；同時，由于需要高溫處理，會造成玻璃在半固化狀態下移動，造成結構偏移。

2.3聚焦放電法

聚焦放電主要包括兩個步驟：1)將玻璃放在兩個電極之間，通過控制放電對玻璃局部區域進行放電熔融；2)通過焦耳熱使玻璃內部產生高應力，引起內部高壓和介電擊穿。圖4表示聚焦放電制作TGV的示意圖。上述步驟可以在不到1 μs的時間內就完成100~500 μm厚的玻璃通孔制備。該方法可以制備最小孔徑為20 μm、深寬比5~8的玻璃通孔。且聚焦放電產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[14]。圖5為聚焦放電制作的TGV陣列，從圖中可以看出，該方法能夠制作均勻性較好、沒有裂紋的高密度通孔；但是從玻璃通孔的切片結果來看，通孔的形狀不是很垂直。

2.4等離子體刻蝕法

用等離子刻蝕法在石英玻璃上制作玻璃通孔步驟如下：1）在石英上蒸發沉積了一層鋁層作為刻蝕硬掩模；2）通過光刻的方法暴露出玻璃表面需要光刻的位置；3）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；4）利用全氟環丁烷/氬氣等離子體蝕刻石英以形成TGV [15]。其簡要步驟如圖6所示。

等離子體法刻蝕TGV可以并行進行，同時進行大面積TGV刻蝕，且側壁粗糙度?。?150 nm），側壁無損傷，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。截至目前，阻礙干法刻蝕成孔大范圍應用的的難點主要有：1）工藝復雜；2）成本高；3）刻蝕速率慢，速率小于?1 μm/min。

2.5激光燒蝕法

激光燒蝕TGV制作是利用激光的能量將玻璃燒蝕以形成玻璃通孔。激光燒蝕所使用激光器主要包括飛秒激光、皮秒激光、納秒準分子激光器和CO 2激光器等。喬治亞理工學院研究人員分別采用CO 2激光和準分子激光在玻璃上制作的通孔如圖7和圖8所示[16]。CO 2激光屬于“熱激光”，其通過局部燒蝕玻璃材料形成TGV。但利用該種激光制備的TGV側壁裂紋較多（熱應力問題）。準分子激光器屬于“冷激光”，其燒蝕形成的TGV孔壁基本上沒有裂紋出現，但是孔壁的粗糙度略大（4~5 μm），且成孔效率較低。

2.6電化學放電加工法

電化學放電加工法是一種將電火花加工（EDM）和電解加工（ECM）相結合的新型低成本玻璃微加工方法。該方法通過電解液的電化學放電和化學腐蝕產生的熱熔作用，將材料從基板中去除。電化學加工的電解槽由一個堿性電解質溶液（氫氧化鉀、氫氧化鈉等）和兩個電極組成，工具電極和對電極分別連接到電源的正、負端子上。當兩個電極之間施加電位差時，在工具電極周圍由于氣泡的聚結而形成一層薄薄的氫氣膜，該氣體膜將工具電極與周圍的電解液完全隔離。當電位差進一步增大時，上述氫氣膜破裂，產生電化學放電，將玻璃融化并移除。該方法不僅工藝簡單，且對設備要求較低，能快速加工出TGV。但是，截至目前該方法只能加工出孔徑大于300 μm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用范圍[17-19]。圖9為電化學放電法制備TGV裝置。

2.7激光誘導刻蝕法

通過脈沖激光誘導玻璃產生連續的變性區，相比未變性區域的玻璃，變性玻璃在氫氟酸中刻蝕速率較快，基于這一現象可以在玻璃上制作通孔/盲孔。德國LPKF公司率先用該技術實現了玻璃通孔制備[20]，該公司將該方法分為兩步：1)使用皮秒激光在玻璃上產生變性區域；2)將激光處理過的玻璃放到氫氟酸溶液中進行刻蝕。國內，廈門云天半導體科技有限公司也利用激光誘導變性技術實現了低成本、高效率、高均勻性玻璃通孔/盲孔制作[21]，其簡要步驟如圖10所示。

光學顯微鏡圖像如圖11所示，該方法可以在50~500 μm厚的玻璃上形成孔徑大于20 μm的玻璃通孔/盲孔。該技術的優點如下：1)成孔質量均勻，一致性好，無裂紋；2)成孔速率快，可達到290 TGV/s [21]；3)TGV形貌可調，由于刻蝕的各向異性，可以通過調節激光參數來控制TGV的垂直度和形貌。綜合比較各種玻璃通孔制造技術，激光誘導刻蝕法具有低成本優勢，有大規模應用前景。

與傳統的平面集成技術相比，玻璃通孔技術能夠實現垂直互連，從而將集成空間擴展到了第三維度，顯著提升了空間的利用率。TGV成孔技術是目前玻璃通孔技術的難點之一，已報道有多種TGV成孔方法，如噴砂法、光敏玻璃法、聚焦放電法、等離子刻蝕法、激光燒蝕、電化學、激光誘導刻蝕法。本節詳細介紹了以上幾種TGV成孔方法，比較了不同制作方法的優缺點，最后的總結如表1所示。

3玻璃通孔填孔技術

除TGV成孔技術外，限制玻璃通孔應用的另一個技術難點是高質量的金屬填充。與TSV不同，TGV孔徑較大，且多為通孔，電鍍時間長、成本高；另一方面，與硅材料不同，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。

3.1 TGV金屬實孔填充

類似硅通孔的金屬填充方案可以應用在TGV金屬填充中。首先，制作TGV盲孔；其次，通過物理氣相沉積（PVD）的方法在TGV盲孔內部沉積種子層；再次，自底向上電鍍，實現TGV的無縫填充；最后，通過臨時鍵合，背面研磨、化學機械拋光（CMP）露銅，解鍵合，形成TGV金屬填實轉接板[22-24]。圖12為采用上述TGV填孔方案的工藝流程，包括：玻璃盲孔制備，TGV銅填實，銅覆蓋層去除過程，頂部重布線層(RDL)(TR1)過程，臨時鍵合，研磨減薄露銅，底部RDL(BR1)制備，解鍵合等工藝過程。

另外一個將TGV填實的方案是使用金屬導電膠進行TGV填實[17]。利用金屬導電膠的優點是固化后導電通孔的熱膨脹系數可以調節，使其接近基材，避免了因CTE不匹配造成的失效。通過對銅導電膠填充工藝的優化，實現了間距為130 μm、孔徑為50 μm的TGV金屬化。Cu導電膠填充后的TGV孔如圖13所示。研究表明，采用銅導電膠填充后的TGV電導率約為1.6~1.9 (Ω·m 2 ) -1。該方法工藝簡單，且能夠在一定程度上降低TGV金屬化成本。但是，部分導電膠，特別是銅導電膠的電性能比較差，這也阻礙了該方法在高頻電子器件或電子系統上的應用。

3.2 TGV孔內電鍍薄層

除TGV電鍍填實外，TGV也可采用通孔內電鍍薄層方案實現電學連接。研究表明，在電性能方面，薄層電鍍與實心電鍍的插入損耗差別較小。采用薄層電鍍方案的優勢是在保證電學性能的同時可以有效減小電鍍時間和電鍍成本。通常電鍍填孔需要沉積金屬粘附層如鈦(Ti)、鉻(Cr)等，種子層Cu，然后進行電鍍。旭硝子公司的研究結果顯示Cr層與ENA 1玻璃的粘附性最好（347.8 mN），大于硅與鎢化鈦（TiW）金屬層間的244.1 mN。清華大學研究了關于在康寧公司的玻璃上濺射不同種類 （TiW、Ti、Cr、Cu）、不同厚度（50 nm、100 nm、150 nm）金屬材料以及不同玻璃表面粗糙度的對比實驗，并進行了劃痕測試。研究表明，在進行的實驗中，50 nm的TiW在粗糙度為4.4 nm的玻璃襯底上黏附性最強[23]。

但是，對于高深寬比通孔來說，物理氣相沉積的設備和工藝過于昂貴。因此，近年來研發人員在開發采用化鍍Cu種子層的低成本TGV填充方案，然后再通過半加成法（SAP）在光刻膠圖形上電鍍出Cu線路。由于玻璃與金屬Cu之間熱膨脹系數不同（玻璃為3×10 -6 /K，Cu為17×10 -6 /K），化學結構存在明顯差異，并且玻璃具有非常光滑的表面，導致玻璃與化鍍Cu之間的黏附力差，需要特殊的處理來提高結合力。美國安美特公司報道了金屬氧化物黏附增強方法[25-26]，通過把玻璃基板浸入化學藥液，覆蓋納米厚度的金屬氧化物助黏膠形成黏附層提高化鍍Cu層的黏附力，9 nm厚度黏附層圖片如圖14所示。當黏附層的厚度增加至5~20 nm時，Cu與玻璃之間的剝離強度達到6 N/cm以上。但是，截至目前通過黏附層提高結合力的機理尚不清楚，可能原因是由于黏附層納米尺度的機械釘扎作用以及化學反應結合共同作用的結果[24]。此外，喬治亞理工學院研發人員將環氧聚合物干膜貼在玻璃表面，提高化鍍Cu與玻璃之間的結合力[27-28]。在薄玻璃襯底上層壓介質層，在增強玻璃襯底機械強度的同時，可以作為表面RDL的黏附層，增強抗剝離強度。采用該方案得到的結果如圖15所示。該方案存在的主要問題是增加了工藝，表面聚合物膜需要通過激光或干法刻蝕，而且由于孔內沒有聚合物涂敷，在可靠性方面可能存在失效風險。為了進一步簡化工藝，ONITAKE等開發了基于254 nm光波的紫外光清洗后直接化鍍Cu工藝[29]。紫外光清洗技術是利用有機化合物的光敏氧化作用去除黏附在材料表面的有機物質，碳氫化合物吸收能量后分解成離子、游離態原子、受激分子和中子，經過清洗后的材料表面可以達到原子級清潔度。測試結果顯示Cu與玻璃之間的剝離強度為3.5 N/cm。

4玻璃通孔高密度布線

4.1線路轉移（CTT）和光敏介質嵌入（PTE）

相對于有機襯底而言，玻璃表面的粗糙度小，所以在玻璃上可以進行高密度布線。佐治亞理工對玻璃轉接板高密度布線做了很多研究。由于半加成工藝法在線寬小于5 μm的時候會面臨許多挑戰，例如在窄間距內刻蝕種子層容易對銅走線造成損傷且窄間距里的種子層殘留易造成漏電。劉富漢等開發了CTT和PTE技術[30]。CTT主要包括兩個過程。1)精細RDL線預制。每一RDL層可以在可移動載體上單獨制造一層薄導電層，并在轉移到基板上之前測試或檢查細線成品率。精細線路的形成采用細線光刻和電解鍍銅的方法，并且以薄銅箔作為鍍層的種子層。工藝流程如圖16(a)所示。2) RDL層集成到基板上。RDL層被制造出來后，它們在使用熱壓合的同時被轉移到核心層的兩邊，該步驟如圖16(b)所示。

PTE工藝可分為兩個不同的步驟：1)在光敏電介質層中形成精細的溝槽；2)金屬化，包括種子層沉積、電鍍和表面除銅。PTE詳細工藝流程如圖17所示。首先刻蝕基板下側銅箔，并使用真空壓膜機在基板上側壓合感光膜，在光刻圖案化后下一步是種子層沉積，采用物理氣相沉積（PVD）分別沉積Ti和Cu作為阻擋層和種子層，接著采用電鍍工藝填充溝槽，溝槽填充完后，使用化學腐蝕劑刻蝕掉上表面的銅從而露出線路。如圖18所示，劉富漢等使用CTT和PTE兩種方法分別達到了RDL 1.5 μm和2 μm的線寬線距。

4.2多層RDL的2.5D玻璃轉接板技術

喬治亞理工學院的LU等研究了多層RDL的2.5D玻璃轉接板技術，實現了面板級光刻后1.5~5 μm的線條溝槽制備，并提出改進式半加成工藝法（SAP）達到了5 μm以下低成本的線寬制作工藝[31]，即用旋轉金剛刀取代昂貴的CMP對層間RDL表面平坦化，進而做到低成本多層RDL堆疊。其工藝步驟如圖19所示。首先在第一層RDL的基礎上進行壓膜，然后通過顯影制作通孔并暴露出第一層RDL的銅焊盤，接著進行種子層濺射。濺射完成后，將高分辨率的光刻薄膜層壓在基板上側并進行高精度的曝光、顯影。完成上述步驟后，采用電鍍工藝填充通孔并用旋轉金剛刀進行表面平坦化，最后去除光刻薄膜并完成種子層刻蝕。通過上述工藝得到的多層RDL堆疊結果如圖20所示。

5玻璃通孔技術的應用

與硅基轉接板相比，玻璃通孔轉接板具有更為優良的電學特性和材料特性，因此具有廣泛的應用前景。下面對玻璃通孔轉接板的幾個典型應用進行綜述。

5.1玻璃基板的三維集成無源元件

玻璃基板具有優異的高頻電學性能，因此被廣泛應用于集成無源元件(IPD)之中。2010年，喬治亞理工的封裝中心率先完成了

基于TGV的濾波器設計與制作，并與相同的硅基電感對比，其中的電感結構采用TGV互連形成了高Q值的三維(3D)螺旋電感，展現了玻璃材料的優良電學特性[32]。2017年，日月光集團（ASE）的研究人員在玻璃基板上實現了面板級的IPD制作工藝，通過該工藝，成功在408 mm×512 mm的長方形玻璃基板上制作IPD，如圖21所示，該方案板材翹曲可控制在1 mm以內，并且無明顯的結構剝落/分層現象[33]，該方案進一步降低了IPD制作的成本。

2017年ASE的LEE等采用玻璃通孔制作3D電感，并利用晶圓級集成工藝的優勢，將射頻ASIC模塊與玻璃IPD模塊集成，形成晶圓級芯片封裝（WLCSP）[34]。該工藝從TGV金屬化和充填工藝開始，然后進行標準的晶圓級IPD工藝來完成前端結構。正面結構由電容器、RDL和凸點下金屬（UBM）組成，然后將晶圓送到裝配工廠進行晶圓級裝配。裝配完成后，再經過背面加工，形成3D電感和焊球焊盤。背面工藝包括玻璃晶片減薄、背面RDL和鈍化工藝。最后是制作錫球和切割以形成WLCSP。最終得到如圖22所示的芯片。

5.2嵌入式玻璃扇出與集成天線封裝

玻璃通孔技術不僅可以用于制作TGV，還可以在玻璃上制作空腔，進而為芯片的封裝提供一種名為嵌入式玻璃扇出（eGFO）的新方案。2017年喬治亞理工的3D系統封裝研究中心率先實現了用于高I/O密度和高頻多芯片集成的玻璃面板扇出(GFO)封裝。該技術在70 μm厚、大小為300 mm×300 mm的玻璃面板上完成26個芯片的扇出封裝，并有效控制芯片偏移和翹曲[35]。2020年廈門云天半導體科技公司采用嵌入式玻璃扇出技術開發了77 GHz汽車雷達芯片的封裝，并在此基礎上提出了一種高電性能的天線封裝（AiP）方案[36]。該方案具體工藝流程如圖23所示。在厚度為180 μm的玻璃晶片中，先采用激光誘導玻璃變性和化學腐蝕工藝形成玻璃空腔，然后將175 μm高的芯片放入玻璃空腔中。通過復合材料將芯片與玻璃之間的縫隙填壓而不產生空隙，同時保護芯片的背面。對晶圓的頂面進行剝離，形成銅RDL，最后進行后續線路制作、球柵陣列(BGA)制作以及晶圓切片，最終得到如圖24所示的芯片。

2020年喬治亞理工的TUMMALA等首次在100 μm的玻璃基板上實現了在n257頻段(26.5~29.5 GHz)的芯片嵌入毫米波天線集成模塊，該方案的工藝流程如圖25所示，首先在玻璃上制作2.5 mm×1.77 mm的空腔，然后將芯片放入其中并完成后續線路制作，從而得到應用于n257頻段的毫米波天線[37]；相比于倒裝芯片嵌入技術，該方案具有更低的信號損耗。

5.3基于玻璃通孔的微機電系統封裝

玻璃轉接板相比于硅轉接板具有一系列的優勢，因此它也被廣泛應用于MEMS封裝中，2013年，LEE等利用玻璃通孔技術實現射頻MEMS器件的晶圓級封裝，采用電鍍方案實現通孔的完全填充，通過該方案制作的射頻MEMS器件在20 GHz時具有0.197 dB的低插入損耗和20.032 dB的高返回損耗，在40 GHz以內具有穩定的射頻性能[38]。2016年，廈門大學的馬盛林等提出了一種基于TGV轉接板的慣性MEMS器件晶圓級封裝方案。在400 μm厚的玻璃基板上制作TGV通孔，后續金屬化則采用濺射Al的方案，最終實現了一個MEMS加速計的封裝制作[39]；工藝加工結果如圖26所示。2018年，LAAKSO等創造性地使用磁輔助組裝的方式來填充玻璃通孔，并且將該技術應用于MEMS器件的封裝中，如圖27所示。

通過該方法填充的TGV具有低電阻、高集成密度的特點，同時能夠有效改善金屬與玻璃間不匹配的問題[40]。

5.4基于TGV工藝的集成天線

廈門大學的張淼等基于先進封裝及微納制造技術制備了高頻波導縫隙天線[41]，創新性地引入TGV加工波導縫隙天線。首先采用激光誘導刻蝕制備波導縫隙陣列天線玻璃襯底，通過激光在玻璃上誘導產生連續的變性區，后將變性后玻璃在稀釋氫氟酸中進行刻蝕，由于激光作用處的玻璃在氫氟酸中刻蝕速率較快，所以玻璃會成塊脫落從而形成目標通孔結構。最終刻蝕后的玻璃通孔精度為±5 μm，遠遠高于傳統機加工的精度。其次，采用物理氣相沉積對每層波導縫隙陣列天線玻璃襯底濺射銅層，經過氧等離子體清洗以徹底清除焊盤表面的有機物等顆粒，并使晶圓表面產生一定粗糙度，為種子層的良好附著創造條件。清洗后的晶圓在烤箱150 ℃下烘烤60 min徹底去除水汽。然后在磁控濺射設備中，晶圓表面濺射一層厚度約為5 μm的銅層。最后，采用金屬焊料鍵合技術將5片晶圓鍵合。用刮刀以及絲網將約10 μm厚度的錫焊料印刷到晶圓表面，然后在鍵合機的真空腔室中以240 ℃的溫度加熱，以40 N的壓力壓合5 min使焊料融化或相互擴散以達到鍵合的目的。其工藝流程如圖28所示。通過以上加工工藝得到的高能太赫茲天線如圖29所示。

HWANGBO等設計了一種緊湊、高功率高效的TGV-集成天線[42]，其原理如圖30所示，并將其應用于3D系統封裝（SiP）中的V波段（40~75 GHz）無線平面內芯片到芯片（C2C）通信。其設計步驟如圖31所示。首先在玻璃基板上制作TGV，并進行玻璃清洗。在基板干燥后，將30 nm的鈦（Ti）濺射在玻璃基板的正面作為附著層，然后進行光刻膠干膜的壓膜和光刻，接著采用濺射法制備Ti/Cu/Ti (30 nm/2 μm/30 nm)金屬層作為傳輸線，對位于玻璃基板底部的圓盤濺射另一層Ti，并采用相類似的工藝沉積底部的Ti/Cu/Ti(30 nm/2 μm/30 nm)金屬層，最后完成去膠和種子層刻蝕。

5.5多層玻璃基板

隨著5G時代的到來，各種設備廠商對電子器件的性能提出了更高要求，這也推動著電子器件的封裝技術從傳統的2D封裝往2.5D甚至3D的方向發展。然而2.5D和3D封裝都存在熱膨脹系數不匹配的問題，2018年IWAI等使用導電膠填充玻璃通孔，從而實現多層玻璃基板堆疊，在回流過程中，通過該方案制作的多層玻璃基板的翹曲比傳統有機基板要小，通過該技術可以實現高密度布線，同時具有較高的可靠性[43]。2019年，IWAI等在多層玻璃基板技術的基礎上完成了一個多芯片封裝的結構[44]，其工藝流程如圖32所示。首先用激光誘導玻璃變性和濕法刻蝕技術在玻璃上形成TGV，并制作種子層；其次，使用半加法工藝制作布線圖案；再次，用激光在干燥的樹脂層壓膜上制作通孔并進行絲網印刷工藝；之后，將單層基片疊放在一起，然后用真空熱壓機將導電漿料和干膜熔化；最后將多個芯片對齊安裝。通過以上工藝制作的多芯片模塊如圖33所示。

5.6基于玻璃基板的硅光集成技術

玻璃轉接板除了應用于電子封裝領域，在光電領域也有廣泛應用。2010年，IZM聯合肖特公司發布了面板玻璃轉接板的制作樣品，并在上方集成了一個4通道的雙向光電收發模塊，單通道的傳輸速率為10 Gbit/s，功耗僅有592 mW [45]。2015年，研究者第一次在光電基板（EOCB）上實現了對平面多模玻璃基波導和球形反光鏡的集成，為解決將來超級計算機和數據存儲網絡的需求打下基礎[46]。圖34、35分別為IZM的應用于光電領域的玻璃轉接板樣品以及EOCB疊層設計示意圖。

6結論

隨著半導體行業的飛速發展，半導體器件逐漸朝著高頻、大功率、小尺寸的方向發展。玻璃通孔互連技術具有突出的電學性能和良好的力學、光學性能，在先進封裝和無源器件制造等領域具有巨大的應用潛力，近年來得到了突破性的發展。本文綜述了國內外TGV成孔技術和進展，主要包括噴砂法、光敏玻璃法、聚焦放電法、等離子刻蝕、激光燒蝕、電化學放電法和激光誘導玻璃變性法，并對比了以上幾種技術的優缺點；總結了幾種高可靠性通孔金屬填充技術以及高深寬比高密度布線技術；最后總結了玻璃通孔技術的應用進展，說明玻璃通孔技術在2.5D/3D封裝和高頻、高性能、低成本電子器件等重要領域上具有廣泛的應用前景。

審核編輯：黃飛