TGV技術是近年來在先進封裝（如2.5D/3D IC、射頻器件、MEMS、光電子集成等）領域備受關注的關鍵工藝。相較于傳統的硅通孔（TSV）和有機基板，玻璃基板憑借其優異的高頻性能、低介電損耗、高平整度及熱穩定性，成為新一代封裝材料的理想選擇。而TGV成孔技術則是實現玻璃基板互連的核心環節，如何制備出高深寬比、窄節距、高垂直度、高側壁粗糙度、低成本的玻璃通孔一直是多年來各種研究工作的重心。目前主流的玻璃通孔加工成型方法有噴砂法、聚焦放電法、等離子刻蝕法、電化學放電法、光敏玻璃法等。

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噴砂法

加工步驟：噴砂法要求在加工前先在玻璃基板上制作一層復合掩模，然后以制備的復合掩模為基礎，采用干粉噴砂工藝對玻璃晶片進行蝕刻。可在玻璃晶片的一側先蝕刻一次，隨后在玻璃晶片的另一側也采用同樣的工藝步驟進行蝕刻，兩次噴砂蝕刻過程中必須保證中心點完全對稱以形成完整的通孔。

工藝特點：由于噴砂法制作的通孔非常粗糙，孔徑較大且一致性較差，所以該方法只能制作孔徑較大(>200μm)、間距較大的玻璃通孔，在先進封裝工藝中使用較少。

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聚焦放電法

加工步驟：將玻璃放在兩個電極之間，通過控制放電對玻璃局部區域進行放電熔融，通過焦耳熱使玻璃內部產生高應力，引起內部高壓和介電擊穿，上述步驟可以在不到1μs的時間內就完成100~500μm厚的玻璃通孔制備，可以制備最小孔徑為20μm、深寬比5~8的玻璃通孔。

工藝特點：聚焦放電產生玻璃通孔的方法可以制備多種類型的玻璃，如石英、鈉鈣玻璃、無堿玻璃、含堿玻璃等，該方法能夠制作均勻性較好、沒有裂紋的高密度通孔。但由于此方法是單次進行單孔制作，所以生產效率較低，且從玻璃通孔的切片結果來看，通孔的形狀不是很垂直，可能會影響后續填充的效果。

聚焦放電法制作的TGV陣列和截面圖

來源：《玻璃通孔技術研究進展》

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等離子體刻蝕

加工步驟：在石英上蒸發沉積一層鋁層作為刻蝕硬掩模，通過光刻的方法暴露出玻璃表面需要光刻的位置，用氯氣或者三氯化硼腐蝕暴露的鋁層，用氧氣等離子體去除玻璃表面的光刻膠，利用全氟環丁烷/氬氣等離子體蝕刻石英以形成TGV。

工藝特點：等離子體法刻蝕TGV可以同時進行大面積的多個TGV刻蝕，因此生產效率相較聚焦放電法可以得到改善，且因為其側壁粗糙度小（<150nm）、側壁無損傷，擁有良好的可靠性保證。但是等離子刻蝕TGV的方法也還存在許多缺點，包括工藝復雜，需要額外的多個步驟；生產成本高，需要用到掩膜版、光刻膠等。

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電化學放電加工法

加工步驟：電化學放電加工法是一種將電火花加工（EDM）和電解加工（ECM）相結合的新型低成本玻璃微加工方法。將工具電極和對電極分別連接到電源的正、負端子上，當兩個電極之間存在電位差時，工具電極周圍會形成一層氫氣膜將工具電極與周圍的電解液完全隔離。當電位差進一步增大時，氫氣膜破裂，產生電化學放電，并將玻璃融化并移除。

工藝特點：該方法不僅工藝簡單，且對設備要求較低，能快速加工出TGV。但是目前該方法只能加工出孔徑大于300μm且上開口大于下開口的錐形玻璃通孔，這也大大限制了該方法的應用范圍。

電化學放電法制備TGV裝置

來源：廣發證券

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光敏玻璃法

加工步驟：光敏玻璃法是指根據光敏玻璃材料特性，利用紫外曝光、熱處理、濕法刻蝕等方法實現玻璃通孔加工的工藝流程。加工前需先將玻璃進行預處理，即將玻璃先后放入異丙醇和丙酮中分別超聲清洗10min取出后用氮氣吹干，除去玻璃表面雜質，隨后先通過紫外光對光敏玻璃進行曝光，并在馬弗爐中進行熱處理以讓紫外線照射過的區域材料變性成為陶瓷材料，最后通過氫氟酸溶液進行濕法刻蝕來去除陶瓷材料，整個加工過程中需要精密的溫度控制。

工藝特點：基于光敏玻璃的TGV制作方法優勢在于采用高刻蝕速率的濕法腐蝕可以實現各向異性刻蝕，從而獲得高密度、高深寬比的玻璃通孔。但是該技術也存在兩個問題，首先是價格昂貴，光敏玻璃本身的材料價格和工藝制程價格都相對較高，其次是對于不同尺寸的圖形，尤其是盲孔或者盲槽的刻蝕，由于腐蝕速率不同會造成圖形定義精度差別較大。

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激光誘導刻蝕法

加工步驟：使用皮秒激光在玻璃上產生變性區域，將激光處理過的玻璃放到氫氟酸溶液中進行刻蝕。

工藝特點：激光誘導刻蝕法的反應機理與光敏玻璃法類似，都是通過某種光線的照射使得玻璃內部出現變性區域，然后通過酸溶液濕法刻蝕完成，區別在于激光誘導刻蝕法無需使用特殊的光敏玻璃。

激光誘導刻蝕制作的TGV陣列以及截面圖

來源：廣發證券

TGV成孔作為玻璃基板應用于先進封裝的核心技術，直接決定了玻璃基板的商業化前景。未來，伴隨著更多玻璃基板先進成孔技術的誕生，半導體先進封裝領域也勢必會有突破性的進展。

參考來源：

王剛.三維集成封裝中光敏玻璃通孔制備工藝研究

陳力.玻璃通孔技術研究進展

廣發證券發展研究中心

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