TGV，这项“穿针引线”的微纳技术，正在改变芯片制造

在半导体行业，随着摩尔定律逐渐逼近物理极限，通过三维集成提升芯片性能已成为核心发展方向。2.5D/3D封装、异构集成等先进封装技术的普及，对垂直互连密度和基板性能提出了更高要求。传统的硅基板在高频信号传输、制造成本和工艺复杂度等方面的局限性日益凸显，而玻璃基板凭借独特优势，正成为下一代芯片基板的理想选择。

玻璃通孔(TGV, Through Glass Via)作为实现玻璃基板三维集成的关键技术，犹如芯片世界的“微型通道”，引领着半导体封装从“硅基时代”向“玻璃基时代”过渡。

TGV的基本概念

玻璃通孔(TGV)，是在玻璃基板上制作的垂直贯通的微小通孔，并在通孔中填充导电材料，以实现不同层面之间电气连接的技术。TGV被认为是下一代三维集成封装的关键技术之一，用于替代硅通孔(TSV，Through Silicon Via)转接板和有机物基板。

TGV主要优势

在目前的2.5D封装中，台积电的CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)封装的核心之一为硅转接板及 TSV工艺，但其存在成本高和电学性能差等不足。而玻璃转接板及TGV工艺具有低成本、易获取、低翘曲、高频电学特性优良等特点，其优势主要包括：

TGV制备方法

TGV通常由直径为10μm-100μm的微通孔组成，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。对于先进封装领域的各种应用，每片晶圆上通常需要形成数万个TGV通孔并对其进行金属化，以获得所需要的导电性。TGV微通孔需具有高精度、窄节距、侧壁光滑以及良好的垂直度，以确保后续金属化工艺的质量和电学性能的稳定。额外还要考虑到玻璃材料的易碎性和化学惰性，成孔过程中需避免对玻璃造成损伤，保持表面完整性。

目前TGV的成孔技术包括喷砂法、光敏玻璃法、聚焦放电法、等离子刻蚀法、激光烧蚀法、电化学法、激光诱导刻蚀法等。综合比较各种玻璃通孔制造技术，激光诱导刻蚀法具有高速度、无掩模、高深宽比、一致性好、无裂纹等优势，具备大规模应用前景。

激光诱导刻蚀法通过超快脉冲激光诱导玻璃产生连续的改性区，相比未改性区域的玻璃，改性后的玻璃在酸性或碱性刻蚀液中的刻蚀速率更快，基于这一现象可以在玻璃中制作出大规模通孔结构。通过激光脉冲能量、光束形状、聚焦条件、刻蚀液浓度、刻蚀温度等不同参数的控制，可制备出理想的TGV玻璃通孔。

关于WOP

Workshop of Photonics(WOP)公司成立于2004年，总部位于立陶宛维尔纽斯，是一家致力于超快激光微加工技术研发的科技公司。作为全球领先的飞秒激光微加工设备及解决方案提供商，WOP拥有先进的激光微加工应用实验室及十数套激光加工系统，用于前沿工艺开发和小批量生产，可为客户提供研发打样和代加工服务，并能按需定制飞秒激光微加工设备。

WOP公司在飞秒激光微加工领域拥有超过20年的技术积累，对玻璃、陶瓷、合金等硬脆材料以及聚合物、塑料等柔性材料的微加工均有丰富的经验。特别是针对玻璃材料的加工，WOP开发了多种先进工艺并持有相关专利，可实现高效、精准的玻璃切割、钻孔、开槽、焊接、选择性烧蚀、彩色标记以及光束整形元件加工等应用。其技术与产品已广泛用于半导体、生物医学、光通信、先进制造、消费电子等多个领域。

WOP玻璃加工案例

WOP公司TGV方案

针对TGV先进封装应用，WOP开发了选择性激光诱导刻蚀(SLE，Selective Laser-induced Etching)技术，可实现高效率、高质量的玻璃改性成孔工艺，满足300mm玻璃晶圆或600mm玻璃面板的TGV加工。其加工优势包括成孔速度快、无漏孔、孔径一致性高、侧壁粗糙度小，无崩边、无微裂纹，可加工通孔或盲孔，且孔的形状、锥度灵活可控，满足工业级大规模TGV通孔加工需求。具体指标如下：玻璃厚度<1.1mm，微孔直径最小10um，深径比最大100:1，侧壁粗糙度Ra<80nm，孔径一致性高达99%，圆度高达98%，版图加工速度目前为300-400孔/秒，年内有望突破2000孔/秒。

SLE工艺：1.激光改性，2.化学刻蚀

TGV玻璃通孔加工效果

直孔效果图/锥孔效果图

孔径10um加工效果

孔径80um、100um、120um加工效果对比

此外，基于SLE工艺，WOP还可以提供光纤对准阵列(FAA，Fiber Alignment Arrays)的研发与代加工服务，为高速光通信系统关键组件的生产提供解决方案。FAA可实现高精度的一维或二维光纤与光纤，光纤与芯片的对准耦合，满足高密度的光互联需求。

二维光纤对准阵列示意图及12×12通道FAA器件

FAA的制备对通孔的形貌、孔径公差及定位精度要求较高，WOP借助先进的生产工艺，不仅可以加工普通的直通孔结构，还能制备带倾角的通孔以及开口更复杂的漏斗形、阶梯形或圆锥形的结构，方便插入光纤。

不同开口结构及倾角的FAA

近期，凌云光与WOP公司的合作进一步加强，在TGV、FAA、CPO等先进封装相关领域深度合作，共同推进WOP飞秒激光微加工技术的本地化应用，助力国内半导体先进封装产业发展!

8.26~28第二届玻璃基板TGV

暨板级封装产业高峰论坛火热进行中

欢迎莅临交流~