在后摩爾時代，芯片算力提升的突破口已從單純依賴制程工藝轉(zhuǎn)向先進(jìn)封裝技術(shù)。當(dāng)硅基芯片逼近物理極限，2.5D/3D堆疊技術(shù)通過Chiplet（芯粒）拆分與異構(gòu)集成，成為突破光罩限制的核心路徑。而在這場技術(shù)革命中，玻璃基板封裝憑借其優(yōu)異的物理特性——更大的封裝尺寸、更低的傳輸損耗、更強(qiáng)的抗翹曲能力，被視為替代硅中介層的關(guān)鍵材料。然而，玻璃通孔（TGV）技術(shù)作為玻璃基板封裝的“心臟”，仍面臨鉆孔工藝成熟度低、玻璃材料力學(xué)性能復(fù)雜等挑戰(zhàn)。西北工業(yè)大學(xué)先進(jìn)電子封裝材料及結(jié)構(gòu)研究中心教授龍旭提出的五點(diǎn)力學(xué)問題，直指TGV技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心痛點(diǎn)。

一、玻璃本征特性：脆性材料下的熱機(jī)械應(yīng)力危機(jī)

玻璃的脆性本質(zhì)與低抗拉強(qiáng)度，使其在溫度劇烈變化的場景中（如回流焊或冷熱沖擊測試）極易產(chǎn)生熱機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)玻璃基板與銅互連層因熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配（玻璃CTE約3-5 ppm/℃，銅約17 ppm/℃）時，界面處會形成分層或微裂紋。例如，臺積電CoWoS技術(shù)中硅中介層的CTE與芯片接近，而玻璃基板的CTE差異可能導(dǎo)致封裝結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)中失效。龍旭指出，這種失效模式在高頻通信（如5G毫米波）或車載雷達(dá)（77GHz）等嚴(yán)苛環(huán)境中尤為突出，需通過材料改性（如添加低CTE填料）或界面優(yōu)化（如梯度過渡層）緩解應(yīng)力集中。

二、電遷移失效：高電流密度下的“隱形殺手”

TGV互連結(jié)構(gòu)在高電流密度下易發(fā)生電遷移（EM）失效。電流集中于RDL（重布線層）-TGV交界及異質(zhì)界面處，受電-熱-力耦合作用加速，導(dǎo)致銅原子遷移形成空洞，最終演變?yōu)榱鸭y并擴(kuò)展。例如，三星I-cube技術(shù)中HBM與邏輯芯片的TSV互連已面臨電遷移挑戰(zhàn)，而TGV的玻璃-銅界面因玻璃的絕緣性可能進(jìn)一步加劇電流集中。龍旭強(qiáng)調(diào)，需通過優(yōu)化銅籽晶層沉積工藝（如化學(xué)鍍替代物理濺射）或引入阻擋層（如TaN）抑制電遷移。

三、熱力荷載：裂紋敏感性與界面應(yīng)力失配

玻璃基體在熱載荷下易產(chǎn)生裂紋，尤其是大直徑TGV（如>100μm）會顯著提高裂紋敏感性。實(shí)驗(yàn)表明，升溫速率每提高1倍，徑向裂紋形成概率呈指數(shù)增加。此外，玻璃與銅的彈性模量差異（玻璃約70 GPa，銅約110 GPa）導(dǎo)致熱變形不匹配，引發(fā)界面應(yīng)力集中。龍旭團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，通過降低升溫速率（如從10℃/s降至1℃/s）或采用低應(yīng)力RDL設(shè)計(jì)（如柔性聚酰亞胺替代剛性銅），可有效減少裂紋風(fēng)險。

四、TGV-RDL互連：高頻應(yīng)用下的信號完整性挑戰(zhàn)

在高頻（如>28GHz）或大電流密度場景中，TGV的側(cè)壁粗糙度、通孔錐度對信號完整性影響顯著。粗糙度增大會導(dǎo)致插入損耗增加0.5dB/cm以上，錐度過大則可能引發(fā)阻抗不連續(xù)。例如，云天半導(dǎo)體在77GHz汽車?yán)走_(dá)AiP（封裝天線）中，通過優(yōu)化濕法刻蝕工藝將側(cè)壁粗糙度控制在50nm以下，使信號損耗降低40%。龍旭指出，需結(jié)合電磁仿真優(yōu)化TGV幾何參數(shù)，并采用化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）降低表面粗糙度。

五、制造加工缺陷：激光鉆孔與微裂紋的“雙刃劍”

玻璃的脆性特性使其在激光鉆孔、砂噴等加工過程中易引入微裂紋、孔周應(yīng)力集中。例如，沃格光電在3μm孔徑、150:1深徑比的TGV制造中，通過脈沖激光參數(shù)優(yōu)化（如降低單脈沖能量、提高重復(fù)頻率）將微裂紋率從15%降至3%以下。龍旭建議，采用超快激光（如皮秒/飛秒激光）替代傳統(tǒng)納秒激光，可減少熱影響區(qū)，同時結(jié)合后處理工藝（如氫氟酸緩沖液清洗）去除表面損傷層。

產(chǎn)業(yè)化破局：從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的跨越

盡管挑戰(zhàn)重重，TGV技術(shù)已在全球范圍內(nèi)加速落地。臺積電與日月光已搭建玻璃基板工程生產(chǎn)線，三星計(jì)劃2028年將玻璃中介層應(yīng)用于芯片封裝，而國內(nèi)沃格光電、東旭集團(tuán)等企業(yè)已在高密度互連、高頻集成等領(lǐng)域取得突破。例如，沃格光電的4層玻璃基板堆疊技術(shù)已適配AI芯片3D封裝需求，云天半導(dǎo)體的77GHz汽車?yán)走_(dá)AiP通過TGV-RDL協(xié)同設(shè)計(jì)，使誤報(bào)率下降50%。在設(shè)備領(lǐng)域，Manz亞智科技是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體封裝設(shè)備制造商，在TGV技術(shù)及玻璃基板應(yīng)用上成果斐然。憑借RDL領(lǐng)域積累，成功將RDL工藝用于玻璃基板，達(dá)成高密度、窄線寬線距芯片封裝。其高密度玻璃通孔技術(shù)，能在不同類型、厚度玻璃基板上精準(zhǔn)制備高縱深比、高真圓度（>95%）的TGV結(jié)構(gòu)，保障信號傳輸穩(wěn)定可靠，滿足高性能計(jì)算領(lǐng)域需求。針對不同厚度基板，開發(fā)定制化溫控系統(tǒng)與專屬藥液配方，解決厚基板加工孔徑偏差問題，提升均勻性。此外，公司已向多家國際大廠交付不同尺寸板級封裝RDL量產(chǎn)線，推動TGV技術(shù)邁向規(guī)?；a(chǎn)。

龍旭教授的五大力學(xué)問題，為TGV技術(shù)產(chǎn)業(yè)化指明了方向：通過材料創(chuàng)新（如低CTE玻璃復(fù)合材料）、工藝優(yōu)化（如超快激光加工）、設(shè)計(jì)協(xié)同（如電磁-熱-力多物理場仿真）解決玻璃本征缺陷；通過標(biāo)準(zhǔn)化測試方法（如X射線3D成像、高頻電阻率測量）提升良率。隨著6G通信、智能汽車、空間通信等高頻需求爆發(fā)，TGV技術(shù)有望從“備選方案”升級為“主流選擇”，為芯片封裝開辟一條更高效、更可靠的路徑。

在這場技術(shù)革命中，玻璃基板不再是“沉默的配角”，而是通過TGV技術(shù)成為連接未來的“信息高速公路”。正如龍旭所言：“玻璃的力學(xué)性能問題，本質(zhì)是材料科學(xué)與工程技術(shù)的博弈。解決這些問題，TGV技術(shù)將真正釋放其潛力，推動芯片封裝進(jìn)入玻璃時代?！?br />
審核編輯 黃宇