1.簡介：產業背景與工程背景
在先進的半導體封裝領域，對更高頻寬，更低訊號損失以及更佳熱穩定性的持續需求，正推動著從傳統有機基板向更先進的互連材料過渡。.
根據先進封裝與基板製造產線的產業發展趨勢觀察，玻璃基板因其高頻與高密度的應用，已逐漸展現出強大的潛力：
- 低介電常數 (Dk)
- 低介電損耗 (Df)
- 高尺寸穩定性
- 優異的電絕緣特性
在以玻璃為基礎的互連技術中，Through Glass Via (TGV) 已經成為下一代封裝架構（包括 2.5D interposers、RF 模組和高效能運算系統）的關鍵使能解決方案。.
2.TGV (Through Glass Via) 的技術定義
Through Glass Via (TGV) 是指在玻璃基板上建立微尺寸通孔，然後進行金屬化以建立兩個表面之間的電氣連接所形成的垂直互連結構。.
從製造的角度來看，TGV 並非單一製程，而是結合雷射修改、濕式蝕刻、金屬化、電鍍和平面化技術的多階段整合系統。.
與矽導通孔技術 (TSV) 相比，TGV 可提供：
- 較低的 RF 訊號衰減
- 減少寄生電容
- 改善高頻傳輸穩定性
- 增強晶圓級尺寸控制
- 更好的光電整合相容性
這些特性使得 TGV 特別適用於 RF 前端模組、AI 封裝插片以及光電整合平台。.
3.通過形成工程能力（流程層面檢視）
在工業生產環境中，TGV 通孔的形成通常是透過雷射修改與化學蝕刻的混合製程來實現。.
3.1 結構加工能力
目前成熟的製程能力範圍包括
- 寬高比高達 15:1
支援在薄玻璃基板上形成深層通孔。. - 玻璃厚度範圍：0.2 mm 至 1.5 mm
涵蓋超薄裝置和標準內插平台。. - 高幾何精度控制：
- 圓形 > 95%
- 腰圍比例 > 0.9
這些參數顯示出穩定的通孔形態，這對於確保均勻的金屬化和最小化電阻變化非常重要。.
3.2 工程啟示（製程穩定性考量）
從製造的角度來看，保持通孔幾何形狀的一致性是決定良率的關鍵因素之一。不一致的通孔輪廓會導致：
- 非均勻種子層沉積
- 電鍍過程中的排氣
- 電阻變化增加
因此，雷射對準準確度和蝕刻等向性控制是關鍵的製程參數。.
4.金屬化與銅填充技術
TGV 金屬化被公認為最具技術挑戰性的步驟之一，因為玻璃通孔具有高縱橫比及有限的幾何形狀。.
4.1 多層銅沉積製程
典型的工業製程流程包括
- 濺鍍（種子層形成）
- 非電解銅沉積
- 電鍍（通過填充）
- 化學機械研磨 (CMP)
這種多階段方法可確保
- 連續傳導通路
- 沿通孔側壁均勻的銅分佈
- 跨晶圓級結構的穩定電氣性能
4.2 製程工程的挑戰
根據工業製程特性，主要的技術挑戰包括
- 高縱橫比導通孔的質量傳輸限制
- 電鍍過程中的離子分佈均勻性
- 銅沉積過程中的應力累積
- 玻璃層與金屬層間的介面黏著可靠性
通常需要先進的電鍍系統設計和流場最佳化來減緩這些影響。.
5.設備系統架構與流程整合
在工業 TGV 生產線中，設備性能直接決定製程良率，尤其是在濕潤的製程環境中。.
5.1 乾燥與瑕疵控制系統
在濕處理步驟之後，使用乾燥系統進行乾燥：
- 減少液體殘留引起的微裂縫
- 改善蝕刻通孔的結構穩定性
- 提高蝕刻後製程的整體良率
5.2 銅製程與機械可靠度最佳化
銅相關製程設備有助於：
- 減少拋光時的機械破損
- 提高層與層之間的附著力
- 增強熱循環下的通孔可靠性
5.3 雷射修改精準度控制
TGV 成形中使用的雷射系統提供：
- 脆性玻璃材料中的穩定改性路徑
- 通孔側壁高度垂直
- 大面積基板上的精確定位對齊
這些因素會顯著影響下游蝕刻均勻性和金屬化成功率。.
6.整合式 TGV 製造流程
典型的工業 TGV 生產系統可分為三個主要模組：
6.1 通路形成模組
製程順序：
雷射修改 → 濕式蝕刻 → AOI 檢查
材料轉換：
玻璃基板 → 高精密玻璃通孔結構
核心設備：
- 玻璃蝕刻系統（濕式工作台）
6.2 金屬化與填充模組
製程順序：
濺鍍→非電解電鍍→電鍍→CMP
核心設備：
- 預洗濕式工作台系統
- 非電解鍍銅系統
- 雙面電鍍系統 (掛鍍配置)
此模組可確定電導性和長期可靠性。.
6.3 再分配層 (RDL) 形成模組
製程順序：
光阻塗佈 → 光刻 → 顯影 → 蝕刻
核心設備：
- 開發濕式工作台系統
- UBM 蝕刻系統 (單晶圓玻璃加工)
此階段可實現晶片級整合的橫向互連佈線。.
7.可靠性與製造挑戰
儘管 TGV 技術具有優勢，但仍面臨多項工程與產業化的挑戰：
- 高縱橫比銅空隙控制
- 脆性玻璃材料的熱應力管理
- 在乾/濕過渡期間抑制微裂縫
- 濕式工作台環境中的交叉污染控制
- 大面積基板均勻性控制
從工業良率的角度來看，這些挑戰主要是透過設備層級的最佳化和製程整合來解決，而非單一步驟的改善。.
8.產業發展趨勢與未來展望
根據目前半導體封裝的發展軌跡，TGV 技術預計將朝向以下方向發展：
- 長寬比超過 20:1
- 全自動濕式製程整合平台
- 低應力銅材填充材料和阻隔系統
- 高頻 (RF/mmWave) 最佳化互連結構
- AI 運算與 HPC 封裝整合
隨著人工智能驅動的運算基礎設施的快速擴展，TGV 預期將成為下一代先進封裝生態系統的關鍵使能技術。.
9.總結
穿透玻璃 (TGV) 技術 代表半導體互連工程的重要進展，將玻璃基板從被動絕緣材料轉變為功能性高密度互連平台。.
其主要技術優勢包括
- 高密度垂直互連能力
- 優異的 RF 與電氣效能
- 優異的尺寸穩定性
- 與先進封裝架構的強大相容性
從工業角度來看，TGV 實作的成功在很大程度上有賴於雷射加工系統、濕式蝕刻設備和先進電鍍平台的整合。.
隨著先進封裝持續朝向更高效能和更低訊號損耗的要求發展，TGV 預計將在 AI、RF 和光電整合系統中扮演越來越重要的角色。.