火爆的TSV和TGV玻璃基板到底是什么，与先进封装又是什么关系？一文理解到位

什么是玻璃基板？

玻璃基板是核心材料用玻璃制成的芯片基板。芯片基板是芯片裸片所在的介质，是芯片封装最后一步的步骤，其中玻璃基板是下一代基板。

图源:Intel?封装基板发展历程

玻璃基板封装技术是对TSMC?CoWoS-S封装的改进

玻璃基板封装技术对其做了改进，将挑战目前半导体封装技术的主导地位。

（1）基板材料：从FC-BGA载板改为玻璃芯基板。

（2）中介层：从硅改为玻璃基板。

（3）关键技术：从硅通孔?TSV改成玻璃通孔TGV。

硅通孔TSV的结构示意图，玻璃通孔TGV的结构示意图

TGV（玻璃通孔）技术是通过在玻璃基板上制作垂直贯通的微小通孔，并在通孔中填充导电材料（CU），从而实现不同层面间的电气连接。

TGV?以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材，通过种子层溅射、电镀填充、化学机械平坦化、RDL再布线，?bump工艺引出实现3D互联，被视为下一代先进封装集成的关键技术。

TSV（硅通孔）技术是在硅中介层打孔。TGV是TSV的延续，两者都是三维集成的关键技术，在实现更高密度的互连、提高性能和降低功耗等方面发挥重要作用。

第三代TGV技术采用精准激光诱导和湿法工艺，既具有超高精度三维加工能力——最小孔径小于5微米、最小节距6微米，可通孔金属化、表面布线、三维堆叠。

精准激光诱导：皮秒激光器脉冲诱导玻璃产生连续的变性区，相比未变性区域的玻璃，变件玻璃在氢氟酸中刻蚀速率较快，基于这一现象可以在玻璃上制作通孔/自孔。

典型深宽比在10:1的范围内，某些特殊条件下根据玻璃类型可达到?50:1。国内方面，厦门云天半导体科技有限公司成功开发了先进TGV激光刻蚀技术，实现了深宽比为10:1的玻璃通孔量产，研发结果显示，该技术可以制备深宽比为20:1的通孔和5:1的盲孔，且具备较好的形貌。

玻璃基板产业链包括生产、原料、设备、技术、封装、检测、应用等环节。上游为生产、原料、设备环节，中游为技术、封装检测环节，下游为应用环节。

玻璃基板制造需硅砂、纯碱、石灰石、硼酸、氧化铝等原料；玻璃基板生产工艺包括高温熔融、均化处理、成型、加工、清洗检验和包装等环节；玻璃通孔设备包括钻孔、电镀、溅射、显影设备。

（1）低成本：大尺寸超薄面板玻璃易于获取，及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8。而硅通孔制作采用硅刻蚀工艺，随后需氧化绝缘层、薄晶圆的拿持等技术。

（2）优良的高频电学特性：玻璃是绝缘体材料，介电常数只有硅的1/3左右，损耗因子比硅低2～3个数量级，使衬底损耗和寄生效应大大减小，有效提高传输信号的完整性。硅属半导体材料，传输线在传输信号时，信号与衬底材料有较强的电磁耦合效应，衬底中产生涡流现象，信号完整性较差。

（3）工艺流程简单：不需要在衬底表面及内壁沉积绝缘层，且超薄转接板不需要二次减薄。

（4）机械稳定性强：当转接板厚度小于100μm时，翘曲仍较小。

（5）大尺寸超薄玻璃衬底易于获取：康宁、肖特等玻璃厂商可以量产超大尺寸（大于2 m×2 m）和超薄（小于50μm）的面板玻璃及超薄柔性玻璃材料。

（6）应用领域广泛：除在高频领域外，透明、气密性好、耐腐蚀等性能优点使其在光电系统集成、MEMS封装领域有巨大应用前景。

玻璃基板也有明显的先天缺陷和难推广的地方。玻璃基板硬度大、脆性高的增加了加工难度。玻璃材质在机械性能和抗冲击性上具局限性，故在车载等高要求环境中的应用仍受限。

国内TGV玻璃基板厂商梳理

大厂动态：

英特尔率先推出玻璃基板//三星将玻璃基板视为未来//英伟达GB200将使用玻璃基板//台积电进军半导体扇出面板级封装（FOPLP）投资玻璃基板研发工艺，预计26年进入量产。