玻璃通孔里的“填缝”技术：让电子设备更小巧的关键一步

在如今的电子设备越来越轻薄、性能越来越强大的背后，隐藏着许多精密的制造技术，玻璃基板通孔填充技术就是其中不可或缺的一环。简单来说，当我们在玻璃基板上打好通孔（也就是TGV）后，需要用特殊材料把这些小孔填满，才能实现电子信号的顺畅传递。这个“填缝”过程看似简单，却是决定电子设备性能和体积的关键步骤。目前主要有两种填充方法，金属电镀填充和导电膏填充，它们各有妙招，也各有挑战。

金属电镀填充：

像“盖楼”一样填满小孔

金属电镀填充的原理有点像“盖楼”，先在通孔内壁铺一层“地基”，再一层层往上“盖”金属，直到把小孔填满。这层“地基”叫金属种子层，通常用铜或镍制成，就像给墙壁刷一层底漆，能让后续的金属更好地附着。制作种子层常用的方法有两种：物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），它们能让金属均匀地贴在玻璃孔壁上。

接下来就是电镀过程了，把玻璃基板放进含有金属离子的溶液里，通上电流后，金属离子会像被磁铁吸引一样，在种子层表面慢慢析出金属，从底部往上一点点填满通孔。这种“自下而上”的填充方式很考验技术，必须确保没有气泡或空洞，否则会影响信号传输。也正因如此，这个过程往往耗时较长，成本也相对较高。

自下而上填充过程

来源：《玻璃通孔三维互连镀铜填充技术发展现状》（纪执敬等）

近些年大量学者投入到电镀填充的研究中，Ｗu等探讨了通过铜电镀填充锥形TGV的工艺。研究表明，在150Ａ/m2电流密度下，通过抑制剂、加速剂和平整剂的协同作用，能够在1.5h内实现快速且无空隙的填充，同时获得光滑均匀的表面。不过，随着电流密度的增加，也需要注意过早密封和孔隙产生的可能性。Wang等提出了一种基于双面铜电镀部分填充TGV的工艺，发现形成的Ｘ形部分填充TGV和再分布层结构在温度循环测试中表现出优异的热稳定性，直流电阻仅增加1.3%。该工艺简化了流程，提高了TGV的热机械可靠性，并成功应用于MEMS静电开关的真空封装。Lai等提出了一种使用银纳米线导电复合材料作为种子层，通过直接电镀实现TGV金属化的新方法。该方法可以在玻璃上形成具有强黏附性的均匀铜层，且具有低成本和简化工艺的优势。

总的来说，金属电镀填充的最大优势是导电性好、工艺成熟，能确保通孔结构完整，因此成为目前的主流方法。但如何进一步缩短时间、降低成本，仍是工程师们努力的方向。

导电膏填充：

像“挤牙膏”一样填满缝隙

如果说金属电镀填充像“盖楼”，那导电膏填充就像“挤牙膏”，把特制的导电膏直接挤进通孔，固化后形成导电路径。导电膏里主要含有银、铜等导电颗粒，以及环氧树脂或有机聚合物这样的“黏合剂”，既能导电，又能牢牢粘在玻璃上。

这个过程看似简单，实则步骤不少，首先要对通孔内壁进行表面处理，比如打磨或涂底漆，让导电膏能更好地附着；然后用丝网印刷、注射填充或印刷涂覆等方法把导电膏挤进孔里；为了避免气泡，还常常借助真空环境来填充，确保膏体分布均匀；最后通过加热、紫外线照射或化学处理让导电膏固化，形成稳定的“导线”，固化后还要打磨抛光，让表面平整，方便后续封装。

两种技术的对比与未来方向

金属电镀填充和导电膏填充各有千秋，金属电镀的导电性更优，结构更稳定，适合对性能要求高的场景，但成本和耗时较高；导电膏填充工艺简单、成本低，适合大规模生产，但导电性和长期可靠性稍逊。

随着电子设备向“更薄、更小、更快”发展，这两种技术都在不断优化。比如金属填充中，部分填充和新材料种子层的应用正在降低成本；导电膏填充则通过改进配方和设备，努力提高导电性和可靠性。未来，或许还会出现结合两者优势的混合技术，让玻璃基板通孔填充既高效又低成本，为微型电子设备的发展注入新动力。

参考来源:
张兴治.芯片封装用玻璃基板通孔加工和填充技术
纪执敬.玻璃通孔三维互连镀铜填充技术发展现状
Wu.Synergistic effect of additives on filling of tapered TGV vias by copper electroplating
Wang.Partially filled TGV based on double sides cu conformal electroplating process for MEMS vacuum packaging
Lai.Directly electroplated metallization on through glass via (TGV) using silver nanowires conductive composite as seed layer

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